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[Rapport de projet]

2011

Paul EDOUARD Vincent GAITS Hasna NADFAOUI Jérôme PAILLER

[Rapport de projet] 2 mars 2011

HISTORIQUE

VersionRévision

Date de mise en application

Nature de l’évolution

1.0 03/12/10 Création

1.1 06/12/10 Rédaction et intégration des parties du rapport intermédiaire

Liste des annexes

1.2 08/12/10 Complétion du rapport intermédiaireRelecture et validation

1.3 24/02/11 Reprise du rapport intermédiaire et mise à jour

1.4 25/02/11 Ajout des parties sur les résultats et les perspectives futurs du projet

1.5 28/02/11 Complétion du rapport

Mise à jour de la liste des annexes

1.6 01/03/11 Relecture et validation du rapport

Paul EDOUARD Vincent GAITS Hasna NADFAOUI Jérôme PAILLER 2


REMERCIEMENTS

Ce projet n’aurait pu aboutir sans l’aide des nombreuses personnes qui y ont contribué, de près ou de loin, et nous souhaitons les remercier avant de commencer ce document.

Docteur Christophe Hurter (DTI R&D), le demandeur de ce projet, pour nous avoir guidé et soutenu tout au long du chef d’œuvre, et nous avoir convaincu d’apprendre le C# ;

Stéphane Conversy, notre tuteur pédagogique, pour nous avoir conseillé sur la démarche à suivre et pour sa disponibilité.

Florence Arola et Roxane Prévot pour la gentillesse dont elles ont fait preuve.

L’ensemble des contrôleurs qui ont accepté de contribuer au projet en participant à toute la phase de conception : Romaric Gary, Marion Cantegrel, Delphine Galy, Rozenn Irvoas, Aline Gonzales, Xavier Pretat, et tous les autres.

Catherine Letondal pour avoir porté un grand intérêt au projet et nous avoir soutenu et conseillé tout au long de sa réalisation.

L’ensemble des enseignants du Master IHM pour leur aide et les conseils qu’ils nous ont apporté.

Nicolas Courjaud pour avoir accepté de faire l’utilisateur témoin.

Merci aussi à toutes les personnes que j’ai oublié de citer.

Enfin, merci aux personnes qui ont eu la merveilleuse idée de placer une machine à café à 100m de la salle D104 et sans qui ce projet n’aurait jamais abouti.



RESUMÉ

Ce rapport a été rédigé dans le cadre d'un projet commandité par M. Christophe Hurter de la DGAC et réalisé au cours du premier semestre du Master 2 IHM cohabilité par l'Université Paul Sabatier et l’Ecole Nationale d’Aviation Civile, à Toulouse.

Ce document présente une étude des possibilités d’interactions entre les strips papier dont se sert un contrôleur aérien et son écran radar par le biais d’un stylo numérique et de strips imprimés sur du papier augmenté.

Il explicite tout d’abord le sujet puis présente l’analyse de l’activité des contrôleurs aériens en route ainsi que les problématiques associées au strip papier et à son utilisation. Il expose ensuite la démarche appliquée dans le cadre de ce projet qui repose sur les méthodes de conception participative ainsi que sur les travaux réalisés dans le passé sur le papier augmenté. Enfin, il présente les résultats obtenus en phase de développement et les améliorations qui pourraient être apportées à ce projet.

Mot-clés : contrôle aérien, strip papier, papier augmenté, stylo numérique, Anoto



ABSTRACT

This document was written as part of a project for M. Christophe Hurter of the DGAC and produced under the Master 2 HCI jointly accredited by the University Paul Sabatier and the Ecole Nationale d'Aviation Civile, Toulouse.

This paper presents a study of all interaction opportunities offered by a digital pen between an air traffic controller, the paper strips he uses to perform his tasks printed on augmented paper and his radar screen.

It first explains the topic and then presents the activity analysis of en route air traffic controllers, and the problems associated with the paper strips and its use. It then describes the approach applied in this project based on participatory design methods and the work done in the past projects on the augmented paper. Finally, it presents the results in development phases and the improvements that could be made in the future.

Keywords: Air Traffic Control, paper strip, augmented paper, digital pen, Anoto



SOMMAIRE

Historique...............................................................................................................................................2

Remerciements......................................................................................................................................3

Resumé...................................................................................................................................................4

Abstract..................................................................................................................................................5

SOMMAIRE.............................................................................................................................................6

Introduction...........................................................................................................................................8

1. Présentation du projet.......................................................................................................................9

1.1 Contexte du projet..................................................................................................................9

1.2 Présentation du sujet...........................................................................................................10

1.3 Parties prenantes..................................................................................................................11

1.3.1 Presentation du client.......................................................................................................11

1.3.2 Presentation du tuteur pédagogique................................................................................13

1.3.3 Présentation des utilisateurs............................................................................................13

1.3.4 Présentation de l’équipe...................................................................................................13

2. Démarche.........................................................................................................................................14

2.1 Planification..........................................................................................................................14

2.1.1 Justification des méthodes mises en place...........................................................................14

2.1.2 Organisation de l’équipe.....................................................................................................15

2.2 Démarche de conception......................................................................................................18

3. Définition du problème....................................................................................................................21

3.1 Rôle du strip dans le contrôle aérien..........................................................................................21

3.1.1 Histoire et vie du strip..........................................................................................................21

3.1.2 Utilisation du strip par le contrôleur.................................................................................23

3.2 Intérêt du papier dans les systèmes à composants informatique.............................................25

3.3 Analyse de l’activité....................................................................................................................27

3.3.1 Analyse d’articles sur le contrôle aérien...............................................................................27

3.3.2 Observation des controleurs en activité...............................................................................28

3.3.3. Bilan de l’analyse.................................................................................................................29

3.4 Besoins et exigences...................................................................................................................29

Axes de travail...............................................................................................................................29

Critères ergonomiques d’évaluation.............................................................................................31

4. Analyse de l’existant.........................................................................................................................32

4.1 1 Etat de l’art scientifique...........................................................................................................32

4.2 Etat de l’art technologique.........................................................................................................35



4.3 Bilan de l’état de l’art.................................................................................................................38

5. Système réalisé.................................................................................................................................40

Sélection d’un avion.........................................................................................................................41

Lancement de fonctions par le strip.................................................................................................43

Automatisation de la ModS..............................................................................................................46

Filtrage par niveaux..........................................................................................................................48

Calcul de distances par le strip.........................................................................................................51

Alarmes différées.............................................................................................................................54

Ecriture d’un message sur le strip....................................................................................................56

Correlation d’un avion à un strip vierge...........................................................................................58

Barre de fonctions............................................................................................................................60

Retours vocaux du système..............................................................................................................61

Bilan et perspectives............................................................................................................................62

Travail accompli................................................................................................................................62

Axes d’évolution...............................................................................................................................65

Glossaire...............................................................................................................................................67

Table des annexes................................................................................................................................68

Table des figures..................................................................................................................................69

Bibliographie........................................................................................................................................71



INTRODUCTION

Le chef d'œuvre « Etude du STRIP Anoto pour les contrôleurs aériens » est un projet initié par M. Christophe Hurter exerçant au sein de la DGAC/DSNA/DTI/R&D/MTC (Direction Générale de l’Aviation Civile/Direction des Service de la Navigation Aérienne/Direction Technique de l’Innovation/Recherche & Développement/Méthodes et Techniques du Contrôle).

Dans le cadre du chef d’œuvre du Master 2 Interaction Homme-Machine, il a fait appel à nous pour réaliser une étude prospective sur l’utilisation du papier augmenté et d’un stylo Anoto dans le contrôle aérien. L’objectif est de concevoir des interactions avec des « strips augmentés » qui représentent une alternative aux strips entièrement papier ou entièrement numérique, puis d’implémenter et d’évaluer les interactions les plus intéressantes pour instrumenter l’activité des contrôleurs aériens.

Une analyse des besoins et des exigences de notre client nous a permis d’identifier clairement nos utilisateurs cibles : les contrôleurs aériens en route. Nous avons dans un premier temps analysé leur activité et réalisé un état de l’art sur les paradigmes d’interaction avec le papier augmenté. Nous avons ensuite mené des phases de conception, d’implémentation et enfin de tests, toujours en collaboration avec des utilisateurs proches de notre cible (contrôleurs aériens d’approche en refonte vers le contrôle en route et instructeurs du contrôle à l’ENAC).

Ce rapport présente le travail réalisé durant ces différentes phases du projet ainsi que les enseignements et conclusions vers lesquels elles nous ont amené. Dans le cas d’une poursuite de l’étude, des axes concernant les perspectives d’évolution sont également présentés.



1. PRÉSENTATION DU PROJET

1.1 CONTEXTE DU PROJET

Afin de surveiller le trafic aérien, les contrôleurs « en route » français se servent essentiellement de leur écran radar et de bandes de papier (ou strips). Ils assurent la sécurité et la fluidité du trafic aérien en visualisant constamment l’évolution du trafic et en étant en contact direct avec les pilotes.

Les contrôleurs aériens travaillent en binôme sur un secteur de l'espace aérien appelé UCE (Unité de Contrôle d'Espace). Ce binôme comprend un contrôleur organique chargé des coordinations avec les secteurs adjacents et de la détection de conflits, et un contrôleur radariste chargé de résoudre les conflits à l'aide du radar. Le contrôleur radariste donne des instructions et des autorisations aux pilotes pendant la phase « en route » du vol : trajectoire, altitude, vitesse. Leur champ d’action est l’ensemble de l’espace aérien national et ils sont en liaison avec les contrôleurs des secteurs et/ou des pays voisins.

L’activité de contrôle aérien est éprouvante et demande une concentration constante et maximale. Comme le pilote, le contrôleur aérien endosse de lourdes responsabilités. Il doit être en parfaite condition physique et nerveuse et il travaille en horaires décalés. Il communique avec les pilotes (en anglais dans la plupart des cas) par radio. Le service de contrôle fonctionne sept jours sur sept et 24 heures sur 24.

Pour réaliser leur travail, les contrôleurs aériens utilisent actuellement dans les centres français une interface baptisée O.D.S (Operational Display System). L’écran radar permet à un contrôleur de visualiser l’état du trafic aérien en temps réel, c’est-à-dire la position, la direction, le niveau de vol, et d’autres informations des aéronefs survolant son secteur. Il interagit avec cet écran à l’aide d’une souris et d’un clavier, et dispose de nombreuses fonctions concernant les aéronefs (particularisation, marquages spécifiques, etc.), le secteur (calcul de distances, etc.) ou leur rendu visuel (échelle, contraste, etc.).



FIGURE 1: POSTE DE TRAVAIL ODS

Les strips papier constituent une autre partie importante des outils de travail d’un contrôleur. Ils contiennent les plans de vol des avions qu’un contrôleur a en charge ainsi que les différentes traces de leur évolution. Ces strips sont annotés manuellement pour mémoriser les actions réalisées ou à réaliser et pour communiquer le statut de l’avion aux autres contrôleurs. Le contrôleur utilise aussi un tableau sur lequel il dispose ses strips (associé à un porte strip muni d’une couleur qui dépend du sens de la route de l’avion) lui permettant de schématiser l’état du trafic aérien dans le secteur concerné.

FIGURE 2: EXEMPLE DE STRIP PAPIER

Bien qu’il soit vu par certains comme un instrument désuet et une aberration par rapport à la modernité omniprésente dans ce métier, c’est un outil éprouvé, sûr et performant. Le strip constitue l’un des éléments clés du contrôle. Il est à la base de toutes les méthodes de travail et l’analyse par des spécialistes lui confère plus qu’un simple rôle de support physique comme nous le verrons plus tard.

Cependant, l’inconvénient majeur du strip papier tient dans le fait qu’il ne permet pas de renseigner le système des différentes annotations qui lui sont faites et qu’il ne permet pas au contrôleur d’interagir avec son outil de visualisation du trafic. C’est pourquoi, suite à une directive Européenne, le support des strips actuels qu’est le papier devrait être remplacé par un support entièrement informatisé : le stripping électronique (avec le programme 4-Flight, opérationnel en 2015 en France), une nouvelle technologie pour une nouvelle méthodologie de travail déjà implantée dans de nombreux pays.

1.2 PRÉSENTATION DU SUJET



Le client nous propose, dans le cadre d’une étude prospective, de travailler sur une alternative au stripping papier ou électronique : l’utilisation d’un stylo électronique (le stylo Anoto) et de strips augmentés grâce à leur impression sur du papier tramé.

L’augmentation du papier repose sur les utilisations couplées d'un support papier sur lequel aura été imprimée une trame spécifique quasi-invisible et d'un stylo bille de marque Anoto muni d'un équipement particulier (caméra infrarouge, processeur, mémoire et émetteur Bluetooth). Le stylo repère sa position et ses mouvements sur le papier grâce à cette trame imprimée sur tout le support et les transmet en temps réel au système. Il peut de plus stocker et transmettre les informations manuscrites. Bien que cette technologie soit imposée dans le cadre de l’étude, d’autres technologies de papier augmenté peuvent être envisagées en complément.

L’intérêt de cette nouvelle technologie repose sur la possibilité d’interagir avec un système informatique en utilisant des techniques usuelles (papier, crayon) et permet donc d’envisager une amélioration technique et ergonomique de l’environnement de travail des contrôleurs (tout en ne modifiant pas leur méthodologie ni leurs outils), ce qui favorise son acceptation par les utilisateurs. De plus, elle propose un moyen fiable de renseigner le système de la navigation aérienne en temps réel, sans que les contrôleurs aient à reporter leurs différentes actions une fois annotées sur les strips.

L’objectif de ce projet consiste donc à étudier les possibilités d’interactions entre les strips papier et l’écran radar par le biais d’un stylo Anoto, puis d’implémenter et d’évaluer celles qui auront été définies comme les plus importantes et capables d’améliorer l’ergonomie et/ou la qualité du travail des contrôleurs. Afin de mener à bien notre projet d’étude, il est primordial d’intégrer les utilisateurs à l’ensemble de notre démarche, depuis le processus d’étude de leur jusqu’à la phase de tests. Cette implication est possible grâce à divers procédés comme les observations, interviews, brainstormings, etc., qui seront détaillés plus bas.

Les résultats de cette étude serviront à analyser l’intérêt et l’utilité du papier augmenté dans une activité réelle et critique comme le contrôle aérien. Néanmoins cette étude n’a pas vocation à déboucher sur un déploiement du système en situation réelle.

1.3 PARTIES PRENANTES


FIGURE 3: TECHNOLOGIE ANOTO


1.3.1 PRESENTATION DU CLIENT

Le client, initiateur de notre projet de chef-d’œuvre est représenté par M. Christophe Hurter.

Christophe Hurter fait partie du service « Méthodes et Techniques de Contrôle » (MTC) au sein du domaine « Recherche et Développement » de la Direction Technique et de l’Innovation (DTI/R&D). Il a obtenu son titre de Docteur en informatique suite à une thèse sur la « Caractérisation de Visualisations et Exploration Interactive de Grandes Quantités de Données Multidimensionnelles », qu’il a soutenue en 2010.

Christophe Hurter

Son centre d’intérêt est d’étudier les problématiques liées à la représentation et à la visualisation des données. Parmi ses récentes publications, on peut citer :

FromDaDy (from data to display) 2009 HCI conference Metro maps for Air traffic Controllers 2010 HCI conference

En parallèle, il est aussi co-directeur de thèses et encadrant de plusieurs projets de recherche tel que le projet « strip Anoto » reposant sur le concept du papier augmenté.

LA DGAC

La direction générale de l'aviation civile (DGAC) est structurée autour de ses 3 pôles d'activités.

Le pôle "Activités régaliennes", composé de la direction des transports aériens (DTA). Le pôle "Surveillance et certification", composé de la Direction de la Sécurité de l'Aviation

Civile (DSAC). Le pôle "Prestataires de services", composé de la Direction des Services de la Navigation

Aérienne (DSNA), de l'école nationale de l'aviation civile -ENAC- et du service d'exploitation de la formation aéronautique (SEFA).

LA DNSA

La DSNA (Direction des Services de la Navigation Aérienne) est le prestataire français des services de la navigation aérienne. La DSNA est donc « chargé[e] de fournir les services de la circulation aérienne, de communication, de navigation et de surveillance afférents ainsi que les services d’information aéronautique, aux aéronefs évoluant en Circulation Aérienne Générale ... » (art 2 du décret N° 2005-200 du 28/02/2005 portant création de la DSNA.)

LA DTI

La DSNA est composée d’un état-major, d’une direction des opérations et d’une direction technique. Au sein de cette dernière se trouve le domaine « Recherche et développement » (DTI/R&D) qui est chargé de mener des études amont et des actions de recherche en vue de permettre à la DSNA de maîtriser l’évolution de son système à moyen et long terme.Afin de favoriser le processus d’innovation, en plus d’une veille technologique structurée au sein des pôles de compétence, des projets « sans client extérieur » permettent l’exploration d’idées, de nouvelles technologies ou de points soulevés à l’occasion d’expérimentations.

MÉTHODES ET TECHNIQUES DE CONTRÔLE (MTC)



Le pôle « Méthodes et Techniques de Contrôle » (MTC) est chargé au sein du domaine R&D des activités et outils liés à la gestion du trafic en terme stratégique et tactique.Ces activités peuvent être de portée nationale ou européenne.



1.3.2 PRESENTATION DU TUTEUR PÉDAGOGIQUE

Notre tuteur pédagogique, Stéphane Conversy, est professeur et enseignant chercheur en interaction homme-machine (IHM) à l’Ecole Nationale d’Aviation Civile (ENAC). Il intervient afin de répondre à nos interrogations quant à la démarche centrée utilisateur que nous effectuons.

De plus, en tant que chercheur au Laboratoire d’Informatique Interactive de l’ENAC, Stéphane Conversy a déjà travaillé sur des projets de recherche en IHM dans le domaine du contrôle aérien, et pourra nous faire part de son expertise en cas de questions ou de problèmes.

1.3.3 PRÉSENTATION DES UTILISATEURS

Notre client s’intéresse aux alternatives envisageables aux strips papier afin d’améliorer l’activité (ergonomie, charge de travail, sécurité, etc.) de l’ensemble des contrôleurs français en route. Cependant, lors de notre étude, nous n’avons pas eu la possibilité d’observer des contrôleurs en situation réelle. Nous avons été amenés à rencontrer et observer des ingénieurs du contrôle de la navigation aérienne (ICNA) en salle de simulation ATC (Air Trafic Control) dans laquelle s’entrainent des élèves contrôleurs, des contrôleurs en activité ou en refonte comme nous le verrons par la suite, dans le détail de notre « Analyse de l’activité ».

Le contrôle aérien s'exerce à partir de trois types de centres de contrôle :

La tour de contrôle bien connue du public du moins dans sa partie supérieure : la vigie. Le centre de contrôle d’approche situé généralement dans la tour de contrôle. Le Centre Régional de la Navigation Aérienne (CRNA).

C’est à ce dernier type de contrôle que va s’intéresser notre étude. Ces CRNA étaient anciennement appelés Centres de Contrôle Régional (CCR). Il en existe cinq en France : Brest, Athis-Mons, Reims, Bordeaux et Aix-en-Provence.

1.3.4 PRÉSENTATION DE L’ÉQUIPE

L’équipe du projet est présentée ci-contre :

Paul Edouard, chef de projet : Élève ingénieur à l'ENAC (Ecole Nationale de l'Aviation Civile) en informatique et trafic aérien.Master 2 en Interaction Homme-Machine (en cours d'obtention).

Hasna Nadfaoui, responsable de l’analyse de l’existant :Élève ingénieur à l'ENAC (Ecole Nationale de l'Aviation Civile) en informatique et trafic aérien.Master 2 en Interaction Homme-Machine (en cours d'obtention).

Jérôme Pailler, responsable de l’analyse activité et conception orientée utilisateur :Master 2 en Interaction Homme-Machine (en cours d'obtention).

Vincent Gaits, responsable du développement :Master 2 en Interaction Homme-Machine (en cours d'obtention)



2. DÉMARCHE

2.1 PLANIFICATION

2.1.1 JUSTIFICATION DES MÉTHODES MISES EN PLACE

Le but du chef d’œuvre est de mettre en pratique les enseignements du master IHM par l’adoption d’une démarche de conception centrée utilisateur. En accord avec notre client et notre tuteur pédagogique, nous avons donc cherché à planifier une démarche IHM, en intégrant au projet une grande partie sur l’étude du comportement et de la situation de travail de l’utilisateur, ainsi qu’une démarche de conception participative et itérative.

Le projet se divise en plusieurs phases :

La première phase du projet consiste en l’analyse de l’activité du contrôleur aérien. En effet, il est nécessaire de comprendre les différentes qualités du strip papier (points forts qui ont fait échouer les tentatives d’introduction du stripping électronique en France jusqu’à présent) afin de ne pas les négliger dans notre système et de connaître les règles d’utilisation du strip par le contrôleur aérien. Cette analyse de l’activité nous permet aussi de repérer et de mettre en évidence les aspects non ergonomiques du système actuel, qui serviront de base à la conception de l’application lors de la phase de conception. Nous avons la chance d’avoir à l’ENAC des instructeurs du contrôle et les centres de formation des contrôleurs aériens ; il est donc prévu au terme de cette phase de réaliser plusieurs observations de contrôleurs en formation, ainsi que différentes interviews avec les instructeurs. A ces observations s’ajoutent la lecture de différents documents techniques sur le contrôle aérien en général.

La seconde phase du projet concerne l’analyse de l’existant. Cette phase nous permet à la fois de faire un point sur les recherches effectuées par le passé sur le papier augmenté (au cours de l’état de l’art scientifique), et de faire un point sur les différentes technologies utilisées dans le contrôle aérien (au cours de l’état de l’art technologique). Cette phase comprend la recherche, la lecture et l’analyse d’articles scientifiques (et autres sources documentaires), et se termine par la rédaction d’un état de l’art scientifique et d’un état de l’art technologique.

La troisième phase du projet est la conception du système. Cette phase s’appuie sur les résultats obtenus lors des deux phases précédentes (les fonctionnalités du système actuel à améliorer trouvées lors de la phase d’analyse de l’activité, et les différentes idées trouvées lors de l’analyse de l’existant). Durant cette phase du projet, trois itérations sont prévues comprenant chacune une séance de brainstorming, la réalisation d’une maquette (papier ou logiciel, en fonction de l’avancement de la conception) mettant en scène les idées proposées, et des tests utilisateurs. A l’issue de cette phase sont écrites les spécifications fonctionnelles du système, qui détaillent les différentes interactions à réaliser.

Une fois les spécifications mises en place, le projet comprend une phase de développement logicielle. Cette phase englobe aussi la conception orientée objet de l’application (ce qui inclut l’architecture IHM de l’application) et la réalisation d’un livrable logiciel. Cette phase nécessite de plus une formation de l’équipe à certains concepts techniques présents dans le projet (langage C#, librairie Anoto, etc.). Cette phase aboutit à la réalisation d’un prototype logiciel implémentant quelques interactions entre le stylo Anoto et le système.



Enfin, la dernière phase du projet consiste en la réalisation de tests du système final par des utilisateurs afin d’avoir un aspect critique sur les différents facteurs d’utilisabilité du système. L’objectif de cette phase est à la fois de recueillir des avis sur ce nouveau type de système et de réaliser des tests de performance pour évaluer son efficacité.

Le tableau ci-dessous résume le temps alloué ainsi que les jalons de chacune des phases :

Phase du projet Temps alloué Date de fin prévueAnalyse de l’activité 120h 25/10/2010

Analyse de l’existant/Etat de l’art 255h 08/12/2010

Conception 86h 03/01/2011

Implémentation 340h 21/02/2011

Tests 35h 02/03/2011

Une présentation plus détaillée des activités et de la planification est donnée dans le plan de projet (Annexe A).

2.1.2 ORGANISATION DE L’ÉQUIPE

La planification initiale du projet (réalisée sous Microsoft Project) est jointe en annexe (Annexe B). Cette planification illustre la répartition du travail entre chaque membre de l’équipe, et permet de déduire la charge de travail estimé en un temps donné du projet.

Des réunions hebdomadaires ont aussi été organisées entre les différents membres de l’équipe afin de faire le point sur l’avancement des activités et de mettre à jour l’avancement du plan de projet. Ces réunions ont notamment permis de revoir la planification à plusieurs reprises depuis le début du projet (les détails des révisions de la planification sont expliqués dans la suite du rapport).

Des réunions hebdomadaires ou bimensuelles (en fonction des besoins du projet) ont aussi été organisées avec le client et le tuteur pédagogique.

En plus de ces réunions, d’autres moyens de communication ont été mis en place entre les membres de l’équipe (système de partage des fichiers, Google Agenda, Google documents, etc…) et entre les parties prenantes (wiki, etc…). Il a aussi été décidé de développer un portail web permettant le téléchargement des documents liés au projet.



Le tableau ci-dessous récapitule l’avancement du projet au cours du temps.

Date Membres présents ObjetJeudi 16 septembre Promotion entière

Maîtres de projet Présentation des sujets

Lundi 27 septembre EquipeAffectation du sujet.

Première réunion de l’équipePrésentation et coordination

Mardi 28 septembre Equipe Création du PBS et WBSCréation du plan de projet

Mercredi 29 septembre Equipe, Client et tuteur pédagogique

Explication plus précise du sujetValidation du PBS

Jeudi 30 septembre EquipeAvancement du plan de projet

Organisation de l’étude des documents sur la tenue du strip

Lundi 04 octobre Equipe Point sur l’utilisation du strip

Mardi 05 octobre Equipe Avancement du plan de projet

Jeudi 07 octobre Equipe, utilisateurs Interview et observation des contrôleurs en simulation

Lundi 11 octobre Equipe

Avancement du plan de projetMise en commun des observations réaliséesCréation du rapport d’activité

Mardi 12 octobre EquipeCorrection du management de

risquesFinalisation du plan de projet

Jeudi 14 octobre Equipe, utilisateursAvancement du rapport d’activitéSeconde observation et interview

des contrôleurs en simulation

Jeudi 14 octobre Equipe, tuteur pédagogique Point sur l’avancement du sujet avec le tuteur.

Lundi 18 octobre Equipe, client

Point sur l’avancement du sujet avec le client.

Directives données sur le rapport pédagogique et l’état de l’art.

Avancement des scénarios.Jeudi 21 octobre Equipe Finalisation des scénarios de travail.

Jeudi 4 novembre Equipe

Point sur l’avancement de l’état de l’Art

Lancement des activités de conception participative et de la

propriété intellectuelle.Lundi 8 novembre Equipe Etat de l’avancement des activités

Mardi 9 novembre Equipe, client, tuteur pédagogique

Présentation de l’état d’avancement du projet.

Précisions apportées sur le plan du chef d’œuvre et sur la démarche de

conception participative.

Mardi 16 novembre Equipe Etat d’avancement et nouvelle répartition des tâches.

Lundi 22 novembre Equipe Mise à jour de l’état d’avancement des activités

Mercredi 24 novembre Rapport de propriété intellectuel



renduLundi 29 novembre Equipe Avancement de l’état de l’art

Mercredi 1er décembre Equipe, Client, tuteur pédagogique Mise au point suite au problème d’organisation des brainstormings

Mercredi 1er décembre Livraison de l’état de l’artLundi 6 décembre Equipe Réunion d’avancement

Mardi 7 décembre Equipe, Client Organisation du brainstorming du jeudi 9 décembre

Mercredi 8 décembre Livraison du rapport intermédiaire

Jeudi 9 décembre Equipe, Client, Utilisateurs Brainstorming

Mardi 14 décembre Equipe, Client, tuteur pédagogique

Compte rendu de l’avancement du projet et des conclusions du

brainstormigPréparation de la séance de Design

Walktrough du 16 décembreMercredi 15 décembre Soutenance intermédiaire

Jeudi 16 décembre Equipe, Client, tuteur pédagogique, Utilisateurs Design Walktrough

Mardi 4 janvier Equipe

Réunion d’avancementTraitement des informations

obtenues suite au design Walktrough

Jeudi 6 janvier Equipe, Tuteur pédagogiqueRéalisation d’un brainstorming

interneRetours sur le rapport intermédiaire

Mardi 11 janvier Equipe, Client, tuteur pédagogiqueRécupération du prototype existant

Mise au point sur la démarche à suivre pour la suite du projet

Lundi 17 janvier Equipe Réunion d’avancement

Lundi 24 janvier Equipe

Point sur l’avancement du prototype

Début de la réalisation de scénarios de tests

Mercredi 2 février Equipe, Client, Tuteur pédagogique

Présentation au Client du premier prototype réalisé, et prise en

compte des remarquesMise au point sur la tenue des tests

Lundi 7 février Equipe Réunion d’avancementMercredi 9 février Equipe Design Walktrough

Vendredi 11 février Equipe Réalisation d’un brainstorming interne

Lundi 21 février Equipe, tuteur pédagogique, Client

Compte rendu de l’avancement du projet

Présentation de l’avancement du prototype

Préparation des séances de testMardi 22 février Equipe, Client Test utilisateur avec Delphine Galy

Mercredi 23 février Equipe, Client Test utilisateur avec Rozenn IrvoasLundi 28 février et mardi

1er mars Equipe Avancement du rapport final

Mercredi 2 mars Livraison du rapport final


Brainstorming

Evaluation

Prototypage

Scénarios de conception

Analyse de l’activité

Scénarios de travail

3


2.2 DÉMARCHE DE CONCEPTION

La démarche de conception de l’application s’est déroulée de façon itérative : en effet, trois itérations ont été effectuées afin d’avancer le projet afin de prendre en compte les avis des utilisateurs tout au long de sa réalisation.

PREMIERE ITÉRATION

Lors de la première itération (dont les résultats sont présentés en Annexe D), nous avons commencé par analyser l’activité du contrôleur afin d’en ressortir des scénarios de travail. Ces scénarios ont fait l’objet de discussion lors d’une séance de brainstorming. Les propositions générées ont alors été prototypées dans le but de les évaluer durant la séance du Design Walkthrough.

L’analyse de l’activité a compris des observations de séances de formation au contrôle en route ainsi qu’à des entretiens avec les contrôleurs en fin de séance. Suite à ces observations, nous avons rédigé six scénarios de travail couvrant des situations de contrôle fréquentes, dans lesquelles l’ergonomie et la situation d’utilisation ne sont pas optimales (les résultats de cette étude ergonomique sont présents en Annexe C). Ces scénarios ont été relus par des contrôleurs aériens et corrigés pour pouvoir s’en servir pour les phases suivantes de notre processus de conception.

La séance de brainstorming s’est basée sur ces scénarios de travail, et les discussions avec trois contrôleurs participants ont permis la génération de plusieurs idées, comme le repérage des avions ou le filtre de niveau. Les idées générées ont ensuite été


FIGURE 4: PROCESSUS DE CONCEPTION SUIVI


prototypées sous forme papier (quick and dirty) et filmées avec la participation des contrôleurs.

FIGURE 5: EXEMPLE DE PROTOTYPAGE PAPIER

La séance de design walktrough a été organisée avec trois contrôleurs en route. Durant cette séance, nous leur avons présenté les vidéos des idées générées et noté les remarques et les critiques des participants. Ces remarques concernaient aussi bien les rendus visuels que les interactions avec le stylo ou l’utilité même des fonctions.

DEUXIÈME ITÉRATION

La deuxième itération (dont les résultats sont présentés en Annexe E) a eu pour but de prendre en compte les conclusions de la première itération et de les rediscuter lors d’une séance de brainstorming. Les nouvelles idées retenues ont été prototypées de façon logicielle, et ont été soumises à une nouvelle séance de design walktrough.

La séance de brainstorming a été organisée entre les membres de l’équipe afin de rediscuter et corriger les propositions faites lors du design walktrough précédent.

Le prototype de cette itération est un prototype logiciel, qui nous permet de recueillir les retours des utilisateurs liés à l’utilisation du stylo numérique et aux rendus visuels de l’image radar.

FIGURE 6: SCREENSHOT DE L’IMAGE RADAR DU DEUXIÈME PROTOTYPE

La séance de design Walktrough a permis de confronter les idées prototypées à l’avis d’un contrôleur, qui nous a proposé des modifications possibles pour certaines fonctionnalités.



TROISIÈME ITÉRATION

La troisième itération (dont les résultats sont présentés en Annexe F) a conservé le même schéma de déroulement : elle a commencé par l’organisation d’un brainstorming afin de discuter des propositions soulevées à la fin de l’itération précédente, puis le prototype logiciel précédent a été modifié afin de répondre aux changements demandés par les utilisateurs. Ces derniers ont ensuite participé à son évaluation lors de deux séances de tests.

Le prototype de cette troisième itération reprend celui de l’itération précédente, en améliorant son architecture, ses fonctions et en ajoutant certains modules logiciels (tel que la reconnaissance d’écriture).

FIGURE 7: SCREENSHOT DE L’IMAGE RADAR DU TROISIÈME PROTOTYPE

L’évaluation du prototype s’est faite à partir d’un protocole de tests (jointe en Annexe I) et d’un questionnaire utilisateur. Deux séances de tests ont été réalisées avec les contrôleurs et nous ont permis de définir les axes d’amélioration du projet.



3. DÉFINITION DU PROBLÈME

3.1 RÔLE DU STRIP DANS LE CONTRÔLE AÉRIEN

3.1.1 HISTOIRE ET VIE DU STRIP

LES MÉTHODES DE CÔNTRÔLE

Deux méthodes ont été utilisées avant l’arrivée du strip. Elles ont permis d’instaurer un « contrôle aux procédures » sur les voies aériennes, et un service consultatif sur d’autres itinéraires avant que n’apparaisse le principe du contrôle au radar.

La première méthode dite de « plotting » consistait à déplacer des plots sur une grande carte représentant l’espace aérien contrôlé. Elle a rapidement montré son inadaptation à la densification du trafic et a été abandonnée en 1957.

La deuxième méthode, dite « graphique chemin de fer », consistait à matérialiser une route donnée par un axe sur lequel on interpolait la position des avions en fonction de l’heure et de leurs messages. Cette méthode a été rapidement abandonnée car elle n’était pas adaptée aux zones de fort trafic.

La méthode du stripping ou contrôle par bandes de progression de vol (les « strips ») a été inventée aux Etats-Unis. Le stripping a permis d’affiner les processus d’organisation du trafic et de détection des conflits ainsi que la circulation de l’information de vol entre les secteurs de contrôle. Elle consiste en l’attribution d’une bande de papier à chaque avion, sur laquelle sont indiqués (par le contrôleur) tous les éléments caractéristiques du vol, y compris le prochain report. Elle permet ainsi la comparaison des heures de passage des avions à différents points de croisement. La méthode de stripping s’est rapidement révélée efficace en zone de fort trafic.

Avant l’automatisation, ceux sont des opératrices « strippeuses » qui recevaient les informations pertinentes par téléphone et les retranscrivaient manuellement sur des strips vierges [42].

FIGURE 8: AVANT L'AUTOMATISATION DES STRIPS



L’AUTOMATISATION DES OUTILS DE CONTRÔLE

L’automatisation des outils de contrôle a été réalisée grâce à la mise en place des différentes étapes du Coordinateur Automatique du Trafic Aérien (CAUTRA) entre 1960 et 2000 [1]. Le CAUTRA a permis l’automatisation de nombreuses tâches, tel que l’impression automatique et décentralisée (impression sur la position de contrôle concernée), l’ACT-AUTO (impression du strip sur le secteur en fonction de l’heure d’entrée prévue sur ce secteur), etc.

FIGURE 9: HISTORIQUE DU CAUTRA

La mise en place du CAUTRA4 a scindé le système en deux parties bien distinctes :

- le STPV, Système de Traitement des Plans de Vol, qui gère de façon automatique les données planes de vol.

- le STR, Système de Traitement Radar, qui traite les informations radars.

Aujourd’hui, une des principales fonctions du CAUTRA est le recueil des informations plan de vol, effectué au plan européen, le traitement de ces informations et sa distribution sous forme de strips.

DU PLAN DE VOL AU STRIP

Service de traitement des plans de VolLe service de traitement des plans de vol constitue l'ensemble des mécanismes qui gèrent la vie du plan de vol, ses modifications ainsi que sa distribution aux divers sous-systèmes intéressés [27].

Le dépôt du plan de volLa compagnie aérienne ou les pilotes peuvent déposer un plan de vol via Internet, par fax ou téléphone auprès d’un bureau régional d’information et d’assistance aux vols. Celui-ci renseigne le type d'appareil, le type de vol (IFR / VFR), la route, les aérodromes de départ, de destination et de déroutement, la vitesse et altitude de croisière prévues par le pilote, éventuellement pour diverses phases du vol.

La prédiction de trajectoireA partir du plan de vol, le STPV calcule une trajectoire 2D (projetée au sol) pour chaque vol.

En plus de cette trajectoire, une trajectoire 4D est calculée et inclut les altitudes et les heures estimées de passage (en fonction des performances de l'avion). Cette donnée est fondamentale dans le traitement des plans de vol : elle sert ensuite de base au calcul de la suite des secteurs aériens traversés.



Cette suite des secteurs traversés va déterminer le code transpondeur alloué et la distribution du plan de vol aux contrôleurs concernés.

La gestion des codes transpondeursTandis que le service de construction de l'image radar corrèle les pistes à l'aide d'un code transpondeur, c'est dans le traitement des plans de vol que l'allocation de ces codes est gérée.

Cette partie du traitement s'assure qu'un même code n'est pas alloué à deux plans de vols situés dans le même domaine d'intérêt.

La modification de plan de volLe contrôleur aérien peut modifier le plan de vol ou le code transpondeur d’un avion donné en fonction des informations qu'il obtient du pilote ou d'un autre contrôleur.

La distribution du plan de volLa distribution du plan de vol consiste en la desserte de la bonne information au bon moment. Chaque changement d'état ou mise à jour du plan de vol entraine une redistribution du plan de vol, notamment à l'imprimante de strip.

3.1.2 UTILISATION DU STRIP PAR LE CONTRÔLEUR

Le strip papier est un outil de travail du contrôleur et côtoie la technologie de pointe des systèmes électroniques. Bien qu’il soit vu par certains, comme un instrument désuet et une aberration par rapport à la modernité omniprésente dans ce métier, c’est un outil éprouvé, sûr et performant. Le strip constitue l’un des éléments clés du contrôle. Il est à la base de toutes les méthodes de travail et l’analyse par des psychologues lui confère plus qu’un simple rôle de support physique comme nous le verrons dans l’analyse de l’activité. Cependant, l’inconvénient majeur du strip papier tient dans le fait qu’il ne permet pas de renseigner le système des différentes annotations qui lui sont faites.

Une étude théorique du travail du contrôleur a été réalisée sur la base des cours des IENAC de 2 ème

année (les ingénieurs ENAC reçoivent en effet des simulations de contrôle dans le cadre de leur formation), et des livrets de la formation pratique au contrôle (8 livrets) utilisés dans la formation des ICNA[44] décrivant la tenue du strip au fur et à mesure de l’avancement d’un vol.

L’étude théorique du contrôle nous a notamment permis :

de comprendre l’interaction du contrôleur aérien avec les différents outils qui lui sont offerts, ainsi que le rôle de chacun de ces outils.

de comprendre le vocabulaire du relatif au strip papier. Une description des différents champs contenus sur le strip est faite en Annexe K.



FIGURE 10: INFORMATIONS CONTENUES DANS LE STRIP

d’avoir une première idée des différents rôles du contrôleur (contrôleur radariste, contrôleur organique), de leurs missions et des interactions qui existent entre eux.

FIGURE 11: SCHÉMA SIMPLIFIÉ DE L’ACTIVITÉ DE CONTRÔLE EN ROUTE [7]

Les strips papiers des outils de travail collaboratifs : ils représentent avant tout un moyen de communication entre les deux contrôleurs en poste (en cas de fort trafic) : ils y écrivent notamment des instructions à destination l’un de l’autre. Ajouté à cet aspect coopératif, la manipulation des strips papiers permet indirectement aux contrôleurs de mémoriser le trafic ainsi que les instructions données aux aéronefs (en y inscrivant à la main les mots clés etc.).

De plus les contrôleurs organisent les strips papiers sur un tableau de strips de manière à construire une représentation mentale et schématique de l’état du trafic. Cette organisation spéciale des strips aide les contrôleurs à élaborer ou à mettre en place des stratégies de contrôle, à faire ressortir les strips prioritaires, etc.

Une autre utilisation du strip après son archivage est de servir de preuve pour facturer le service de contrôle aérien à la compagnie aérienne.



3.2 INTÉRÊT DU PAPIER DANS LES SYSTÈMES À COMPOSANTS INFORMATIQUE

Le contrôle aérien n’est pas le seul domaine dans lequel le papier est encore utilisé. Vers le début des années 80, la croissance de l’informatique et des ordinateurs personnels laissait pourtant présager la fin du travail sur papier pour laisser la place à un environnement entièrement numérique. C’est avec ce phénomène que naît le terme de « paperless office [29] », qui désigne un environnement de travail dans lequel le papier ne serait plus (ou presque plus) utilisé au profit de l’informatique. La fin du papier devait représenter une baisse des coûts, et l’augmentation de la productivité grâce à l’avènement de l’informatique.

Aujourd’hui, on constate que les prévisions faites lors de cette période se sont avérées fausses : le développement de l’informatique a entraîné une augmentation de la consommation de papier, qui reste un outil très utilisé, y compris dans le contrôle aérien avec les strips. De plus, certaines tentatives destinées à remplacer le papier par un système électronique ont échoué : c’est ce que met en évidence W. Mackay [20] en expliquant que depuis le remplacement des strips papiers par du stripping électronique à Maastricht ou à Amsterdam, les contrôleurs travaillent désormais avec un bloc note et des post-it.

Différentes études réalisées in situ (W. Mackay [20] avec les contrôleurs aériens, Selen et Harper [29] avec les employés du FMI, ou encore Bondarenko et Janssen [4] avec l’étude des systèmes de management des documents) ont analysé les situations dans lesquelles le papier est utilisé et ont mis en évidence les avantages concernant l’utilisation du papier :

Le papier peut être utilisé très rapidement et très librement : c’est un outil de travail extrêmement flexible, qui peut s’adapter à n’importe quelle situation de travail, contrairement aux outils informatiques. Cette flexibilité permet aussi aux contrôleurs de s’affranchir ou de prendre certaines libertés sur les règles contraignantes de remplissage des strips papier.

Une version papier d’un document est plus adaptée à une lecture « active » qu’une version électronique. Le papier permet en effet une lecture réactive du document, donne la possibilité d’annoter ou de surligner certains passages, et permet à l’utilisateur de comparer facilement deux articles en les positionnant l’un à côté de l’autre.

Le papier donne à l’utilisateur la possibilité d’organiser son espace de travail. Il peut en effet garder auprès de lui des documents sur lesquels il travaille et d’éloigner ceux dont il n’a pas besoin pour le moment. L’aspect physique du papier lui permet aussi d’organiser des piles de documents répondant à une logique qui est propre à l’utilisateur. Cette liberté de mouvement se retrouve aussi dans l’organisation du tableau de strips d’un contrôleur aérien, qui leur permet d’organiser leur stratégie et d’enregistrer leurs décisions.

Le papier peut sans problème être lu et partagé simultanément par plusieurs personnes, ce qui favorise le travail collaboratif.

Le papier est aussi un moyen de communication : l’échange de papier est un moyen facile (dû à la très grande mobilité du papier) et sûr pour le partage d’informations. Cet échange peut aussi revêtir un aspect symbolique, difficilement représentable dans le monde numérique : dans le cadre du contrôle aérien, l’échange d’un strip entre 2 contrôleurs représente la transmission de la responsabilité du vol.

Enfin, le papier est un moyen de travail beaucoup plus sûr qu’un outil informatique, dans le sens où il ne pourra jamais tomber en panne. C’est un argument des détracteurs du stripping électronique.



Les auteurs de ces études concluent que l’affordance du papier et son utilisation systématique dans le travail font que le numérique ne pourra jamais entièrement remplacer le papier. Les systèmes de lecture de documents électroniques (tel que le XLibris de Xerox [28]) ne sont d’ailleurs même plus conçus pour remplacer le papier, mais pour permettre à l’utilisateur d’avoir des fonctionnalités supplémentaires par rapport à un document papier.

Même si le papier dispose de nombreux avantages par rapport au numérique, il n’en conserve pas moins des défauts : le papier ne permet pas en effet la publication et l’échange des notes prises, et engendre des coûts importants en stockage, indexation et maintenance comparé au numérique. Le papier et le numérique ne sont pas concurrents mais plutôt complémentaires, et c’est pourquoi de nombreuses études ont cherché à créer un lien entre les documents papier et le numérique [30] [31]: c’est de là que vient le concept de papier augmenté.

Depuis la création des premiers systèmes utilisant le papier augmenté des recherches ont été faites sur les interactions possibles entre le papier et un stylo numérique [36] ou l’utilisation de téléphones équipés de caméra [13][9].



3.3 ANALYSE DE L’ACTIVITÉ

Trois séries d’observations ont pu être réalisées sur des contrôleurs en formation sur les simulateurs de l’ENAC. Des vidéos ont été réalisées durant les observations et ont pu être analysées ultérieurement. Nous avons également pu questionner les contrôleurs avant et après les séances de simulation.

A ces observations viennent s’ajouter l’étude de documents annexes, ainsi que des articles sur l’analyse du travail de contrôleur aérien.

La description de l’analyse de l’activité, ainsi que la réutilisation des informations récoltées dans la phase de conception participative ont été détaillés dans l’annexe d’ergonomie (Annexe C).

3.3.1 ANALYSE D’ARTICLES SUR LE CONTRÔLE AÉRIEN

Bien que les observations en simulation nous aient été très utiles et représentent la majeure partie de l’analyse de l’activité, elles ont l’inconvénient de ne pas avoir été faites en situation réelle. De plus, il ne nous a pas été possible de réaliser plus de trois séances d’observation (soit seulement 6h de simulations de contrôle). C’est pourquoi nous avons complété nos observations par l’analyse d’études concernant le travail du contrôleur aérien.

Nous nous sommes notamment appuyés sur les travaux de Wendy Mackay[20], qui a réalisé une étude ethnographique de 4 mois sur une équipe de contrôleur en route.

Les résultats de cette étude permettent de confirmer certains points que nous avions remarqué durant nos observations (comme par exemple la liberté prise par les contrôleurs sur la règlementation de tenue des strips), et nous amène des informations supplémentaires que nous n’avions pas eu la possibilité d’observer :

La tenue du strip peut changer en fonction de la nature du trafic : en cas de trafic élevé, le contrôleur aura plutôt tendance à noter le minimum de choses sur le strip pour ne pas perdre de temps.

Le papier permet au contrôleur de regrouper les strips selon un sens qui lui est propre : le contrôleur peut par exemple décider de regrouper ensemble des strips d’avions en conflits sur un coin de son tableau.

La façon dont le contrôleur organique place le strip sur le tableau de strip du contrôleur radariste peut changer en fonction de la priorité avec laquelle le contrôleur doit prendre le strip en compte.

Enfin, les strips sont plus qu’un simple morceau de papier détenant les informations d’un vol pour le contrôleur : le strip est aussi une représentation matérielle du vol, et possède une signification symbolique pour le contrôleur.



3.3.2 OBSERVATION DES CONTROLEURS EN ACTIVITÉ

Si nous n’avons pu observer des contrôleurs en situation de contrôle réelle, il nous a été possible d’assister à plusieurs séances de formation au contrôle. Chaque groupe de contrôleur en formation était accompagné d’un instructeur, capable de répondre à nos questions sur la fréquence d’apparition d’une situation de contrôle en cas réel, le comportement global des contrôleurs, etc. Les contrôleurs en formation ont aussi été disponibles pour répondre à nos questions entre deux simulations ou lors d’une simulation de trafic faible, ce qui nous a permis d’éclaircir certains points mal compris, recueillir leurs impressions ou revenir sur des éventuels « ratés » lors des simulations.

FIGURE 12: PHOTOS DES OBSERVATIONS DE CONTRÔLE

Ces observations de contrôle nous ont permis de voir comment les contrôleurs aériens appliquaient les règles pratiques. En particulier, elles ont mis en avant les actions qui nécessitaient un travail lourd et fastidieux avec les outils actuels. L’intégration d’un strip au tableau dans l’environnement de travail, la détection et la résolution d’un conflit entre deux ou plusieurs avions sont des exemples de tâches nécessitant une implication et une concentration encore plus forte de la part des contrôleurs.

Cette analyse de l’activité nous a aussi montré la différence existante entre la méthodologie de travail des contrôleurs prescrite et celle effective dans les centres de contrôle. Nous avons par exemple pu observer qu’un groupe de contrôleur en observation ne soulignait pas la fréquence sur le strip après avoir envoyé l’avion au secteur suivant, sous prétexte qu’ « aucun contrôleur ne le fait en situation réelle ».

FIGURE 13: TENUE DE STRIP DIFFÉRENTE DE LA THOÉRIE

En haut, un strip « théorique » (avec fréquence soulignée)En bas, un strip en cas réel (fréquence non soulignée)

Il existe également des disparités entre centres de contrôle : d’autres observations ont montré que certains contrôleurs soulignaient bien la fréquence après avoir envoyé l’avion en fréquence au



secteur suivant. Cet écart avec les règles théoriques entrainent aussi des différences de notation pour une même situation sur les strips (représentation d’un conflit, etc.).

3.3.3. BILAN DE L’ANALYSE

L’analyse de l’activité nous a permis de nous familiariser avec l’activité de contrôleur aérien. Grâce aux observations, nous avons recueilli des informations suffisantes pour la réalisation de premiers scénarios de travail utilisés lors du premier brainstorming (ces scénarios sont disponibles en Annexe K).

De plus, l’analyse des articles traitant du travail du contrôleur nous a sensibilisés aux erreurs à ne pas commettre lors de la conception participative. En particulier, la mise en place d’un système électronique de gestion des strips devra prendre en compte toutes les techniques du renseignement du strips (qui diffèrent selon le contrôleur).

3.4 BESOINS ET EXIGENCES

AXES DE TRAVAIL

Suite à notre analyse de l’activité, nous avons mis en évidence les défauts du système actuel, ainsi que les points qui pouvaient être améliorés par l’utilisation du papier augmenté. Ces points nous ont permis de définir axes de travail à suivre, qui ont évolué tout au long du processus de conception. L’objectif général du projet est avant tout d’améliorer l’ergonomie de l’environnement de travail du contrôleur aérien en ajoutant ou en modifiant certaines fonctionnalités du système actuel. Plus précisément, ces fonctionnalités doivent :

R1 ) INTÉGRER LE SYSTÈME EN CONSERVANT LA MÉTHODOLOGIE DE TRAVAIL ACTUELLE

L'utilisation de papier augmenté et d’un stylo numérique dans le cadre du contrôle aérien permet de conserver l’ensemble des outils de travail des contrôleurs. En effet, ceux-ci utilisent déjà un stylo pour annoter leurs strips. Bien que l’aspect du stylo Anoto diffère légèrement de celui d’un stylo classique (diamètre plus large, etc…), sa prise en main reste naturelle. De plus, le format des strips n’est pas modifié par l’augmentation du papier : seule une trame quasi-invisible y sera imprimée au préalable, affectant le rendu visuel des strips de manière minime. Enfin, la méthodologie de contrôle, les différents symboles, notations et codes couleurs théoriques, observés et analysés seront conservés. Ce faible impact sur l’environnement de travail est primordial et sera un facteur important de l’acceptation future du système par les contrôleurs aériens.

R2 ) AMÉLIORER L’EFFICACITÉ DES ACTIONS DU CONTRÔLEUR, AIDER À LEUR RÉALISATION

Une des exigences majeures est l’aide que le système doit apporter aux contrôleurs dans la réalisation des nombreuses tâches qu’ils doivent effectuer. Après notre analyse de l’activité et des entretiens avec les contrôleurs, nous avons relevé celles qui sont les plus redondantes et les plus coûteuses, tant au niveau cognitif qu’au niveau temporel. Ces tâches seront intégrées au système et devront pouvoir être réalisées de manière plus rapide qu’avec le système précédent. De plus, le lien établi par le stylo numérique entre les strips papier et l’écran radar permettra au contrôleur de réduire, voire supprimer, le temps perdu en changeant d’outil. En effet, le temps de passage d’un outil de travail à un autre (passage du stylo et de l’annotation des strips à la souris pour interagir



avec l’écran radar) est apparu lors des observations comme une source de perte de temps, appelée « homing-time ».

R3 ) RENSEIGNER LE SYSTÈME AFIN D’AUGMENTER SON EFFICACITÉ ET SA COHÉRENCE

Certaines procédures réalisées par les contrôleurs aériens demandent de renseigner à la fois le système (par le biais de l’image radar) et les strips en les annotant. Ce mécanisme peut entrainer des oublis ou des incohérences entre la représentation du trafic donnée par les strips et celle fournie par l’écran radar.De plus, renseigner le système est une procédure couteuse en temps pour les contrôleurs, c’est pourquoi ils ne renseignent le système qu’en cas de nécessité. Grâce au stylo numérique et au papier augmenté, le système pourra être informé en temps réel de l’état du trafic et de toutes les actions et annotations que pourront faire les contrôleurs et ainsi apporter une représentation plus complète de l’état du trafic aérien.

R4 ) EXPLOITER LES AVANTAGES INHÉRENTS AU PAPIER GRÂCE AU STYLO ANOTO

L’utilisation du stylo numérique sera couplée à celle d’un support papier (augmenté). Cette combinaison de supports physique et numérique est un atout important de ce système : il permet de bénéficier à la fois des avantages du papier et du numérique. Il est possible d’exploiter cette spécificité dans de nouvelles interactions.

R5 ) FACILITER LE PASSAGE D’UNE VUE À L’AUTRE

Les observations et questions posées nous ont montré que les contrôleurs passaient très régulièrement de la représentation de l’état du trafic fournie par leurs strips à celle fournie par leur écran radar. Ces changements fréquents obligent les contrôleurs à déplacer leur attention et leur centre d’intérêt d’une vue à une autre pour interpréter les différentes données du trafic, ce qui engendre une forte charge cognitive. Notre système s’attachera donc à faciliter ces passages d’une représentation à l’autre en guidant le contrôleur vers l’information recherchée et en l’aidant à se représenter l’état du trafic.

R6 ) DÉVELOPPER L’ASPECT COLLECTICIEL DES STRIPS LORS DU CONTRÔLE

L’activité de contrôle aérien est une activité dans laquelle les contrôleurs travaillent de manière totalement collaborative et complémentaire. Cette collaboration se matérialise également avec les strips. En effet, ceux-ci circulent entre les contrôleurs, il peuvent être analysés et annotés par chacun d’eux, etc. Cette caractéristique importante du contrôle aérien devra donc être exploitée par le nouveau système en s’appuyant sur la conservation du support papier, sur son aspect collaboratif, et en proposant de nouvelles fonctionnalités facilitant la communication entre contrôleurs.



CRITÈRES ERGONOMIQUES D’ÉVALUATION

Les critères d’évaluation du prototype ont été établis à partir des critères de Bastien et Scapin. La liste de ces critères est fournie en Annexe H.

Ces critères mettent l’accent sur plusieurs points :

Le premier consiste à ne pas dérouter les contrôleurs en modifiant de façon conséquente leur méthode et leur espace de travail. Le second point tend à leur assurer un outil efficace permettant d’alléger certaines tâches pénibles de leur travail et à réduire les sollicitations cognitives.

Nous insistons aussi sur le fait que les utilisateurs doivent être à tout moment en mesure de comprendre les différents feedbacks restitués et l’état courant du système.

Enfin nous définissons des stratégies afin de gérer les éventuelles erreurs et permettre à l’utilisateur de reprendre la main en cas de confusion.



4. ANALYSE DE L’EXISTANT

4.1 1 ETAT DE L’ART SCIENTIFIQUE

Un état de l’art scientifique a été réalisé sur les technologies utilisant le principe de papier augmenté. Cet état de l’art est fourni en Annexe J et est résumé ci-dessous.

L’intérêt apporté au papier augmenté dans les études de recherche est né de l’impossibilité de se défaire complètement des supports papier dans les environnements de travail. En effet, certaines tentatives visant à faire remplacer le papier ont échoué : c’est ce que met en évidence W. Mackay[20] en expliquant que depuis le remplacement des strips papiers par du stripping électronique à Maastricht ou à Amsterdam, les contrôleurs travaillent désormais avec un bloc note et des post-it.

Différentes études réalisées in situ ont montré les avantages du papier, tel que sa flexibilité d’utilisation et son aspect collaboratif. Cependant, le papier ne permet pas ni la publication ni l’échange des notes prises et engendre des coûts importants en stockage, indexation et maintenance en comparaison au support numérique. Il est donc important de réfléchir à des moyens qui permettraient de combiner les avantages du support papier et ceux des fonctionnalités numériques afin d’obtenir un système fiable, innovant et dont l’utilisation semblerait la moins compliquée possible.

Le papier augmenté présente un ensemble de technologies permettant non seulement de conserver le travail sur papier (et les avantages inhérents au papier) mais aussi de renseigner et de profiter de l’efficacité et de la puissance d’un système informatique.

Les systèmes utilisant le papier augmenté peuvent être classés en fonction des technologies d’input et d’output qu’ils utilisent, des techniques employées pour l’interprétation des actions des utilisateurs et du format du support papier utilisé.

TECHNOLOGIES D’INPUT

Il existe de nombreux dispositifs permettant l’acquisition des interactions et des annotations réalisées sur support papier.

La caméra est l’un des premiers systèmes utilisés comme moyen d’entrée de données (avec DigitalDesk[37]). Ce dispositif est principalement utilisé dans un contexte bureautique et permet la capture de tous les objets positionnés sur le bureau à un moment donné. Différentes méthodes (utilisation d’algorithmes de traitement d’images [12], reconnaissance de symboles sur le papier [6], etc.) permettent l’interprétation des interactions et des annotations sur le papier. Utiliser une/plusieurs caméra(s) permet de couvrir un grand espace de travail [14]. Mais celui-ci doit rester statique, ce qui constitue une limitation majeure à ces systèmes.

Des systèmes sont basés sur des dispositifs portables tels que des smartphones équipés de caméra, des PDA [17][11], etc. Contrairement aux caméras, ces dispositifs sont très faciles à mettre en œuvre, mais sont souvent très limités en termes d’actions possibles. D’autres systèmes portables se basent sur des technologies avancées utilisant des tags posés sur le papier, tels que les étiquettes RFID [2], qui permettent un repérage facile d’une feuille de papier dans l’espace à condition que l’on possède un lecteur des ondes émises.



D’autres systèmes utilisent des techniques informatiques, d’ordinaire indépendantes comme des tablettes tactiles, pour récupérer les actions réalisées sur le papier. Le projet Caméléon [21] est un exemple de projet utilisant cette technologie. Bien que ce système présente des interactions intéressantes entre l’utilisateur et le papier, la tablette graphique présente de nombreux inconvénients en termes d’ergonomie (comme par exemple l’utilisation d’un stylo numérique et d’un stylo classique en même temps). Néanmoins cette idée ambitieuse a été le précurseur du développement de la technologie de stylos numériques.

Le stylo numérique peut être défini comme un stylo classique « augmenté » de composants numériques (au minimum d’un capteur, une batterie et une mémoire) [22]. Le dispositif de capture du tracé doit permettre d’interpréter de manière précise les mouvements de la pointe du stylo sur le papier. La présence d’une mémoire dans la plupart des stylos numériques permet en outre de travailler en mode synchrone (envoi d’informations en temps réel à un système informatique) ou asynchrone (enregistrement des informations et traitement en différé).

Pour déterminer la position d’un stylo numérique sur un document papier, deux solutions techniques différentes sont principalement employées. La première consiste à équiper le stylo d’un émetteur d’ondes acoustiques, sa position est ensuite déduite par triangulation (technologie Epos) [43]. La seconde consiste quant à elle à équiper le stylo d’un émetteur d’ondes infra-rouge et d’une caméra. Une trame quasi-invisible imprimée sur le support permet de réfléchir partiellement les ondes infra-rouge, détectées par la caméra qui peut ainsi déterminer la position du stylo [10]. L’intensité et l’incidence des ondes réfléchies dépendent en effet de la zone unique de la trame vers laquelle elles ont été émises.

FIGURE 14: REPRÉSENTATION DE LA TECHNOLOGIE DE RECONNAISSANCE DE LA TRAME PAR INFRA ROUGE

Ce système de stylo numérique semble être le système le plus utilisé dans les projets de recherche en papier augmenté à l’heure actuelle.

TECHNOLOGIES D’OUTPUT

Un système utilisant le papier augmenté est toujours couplé à une technologie d’output permettant d’observer les conséquences des actions réalisées sur le papier. Ces technologies de feedback peuvent prendre des formes très différentes.

Certains systèmes utilisent des retours différés, c’est-à-dire que l’output n’est pas vu en temps réel. Ils servent par exemple à renseigner une base de données (système PADD[8]) ou à stocker des informations textuelles (notes, cours, expériences [25]) ; les retours directs à l’utilisateur ne sont dans ce cas pas nécessaires.



Une autre approche consiste à intégrer des feedbacks directement sur les systèmes d’input (par exemple des vibreurs ou desdiodes électroluminescentes (DELs) intégrés à des stylos numériques comme dans le système « Pen-top Feedback for Paper-based Interfaces » [18]).

L’utilisation de retours différés ou embarqués permet en général d’obtenir une grande mobilité du système puisqu’il peut alors s’affranchir de toute liaison avec un autre dispositif périphérique, ce qui limiterait son champ d’action ou surchargerait trop sa structure. Cependant les interactions avec l’utilisateur sont de fait plus limitées, moins explicites ou moins complètes.

C’est pourquoi de nombreux systèmes utilisent une solution plus classique consistant à connecter le système d’input à un ordinateur afin de visualiser le résultat de leurs actions directement sur un écran (par exemple, le système Memento [38]).Dans ce cas, les systèmes perdent alors en mobilité par rapport aux solutions évoquées précédemment. Ce problème peut être résolu par l’utilisation non plus d’ordinateurs fixes mais de dispositifs portables (comme des PDA ou des Smartphones) faisant office d’écran. Toutefois, cette solution ne permet pas d’afficher les informations renvoyées par le système directement sur le support utilisé (papier, etc.).

Les systèmes utilisant des vidéoprojecteurs peuvent quant à eux réaliser ce genre de feedback. Les vidéoprojecteurs permettent en plus de répondre aux interactions avec les utilisateurs par des feedbacks immédiats : l’utilisateur est alors clairement informé à tout moment de l’état du système, ce qui lui permet de le rectifier ou de le corriger en cas d’erreurs. Toujours dans le but de conférer la plus grande mobilité possible au système, l’utilisation de pico-projecteurs (projecteurs intégrés à des systèmes portables de petites tailles) permet d’apporter une solution à cette problématique. Les pico-projecteurs donnent aussi la possibilité à l’utilisateur de concentrer les retours du système sur une zone particulière du papier. MouseLight [33] est un exemple de système utilisant cette technologie.

FIGURE 15: EXEMPLE D’UTILISATION DE PICO-PROJECTEURS DANS LE SYSTÈME MOUSELIGHT

RECONNAISSANCE DES ACTIONS UTILISATEUR

Le papier offre à l’utilisateur une multitude d’interactions possibles. Il est donc nécessaire de définir des méthodes permettant de reconnaître et d’interpréter ces interactions.

Certains systèmes utilisent des zones réservées aux interactions, qui sont des parties spécifiques de la feuille du papier où les actions de l’utilisateur sont systématiquement interprétées comme des commandes. L’interface papier est équivalente à une interface WIMP (par l’ajout des boutons,



d’icônes, de zones servant exclusivement à la reconnaissance gestuelle, à l’interprétation de caractères, etc.).

Dans les zones qui ne sont pas réservées, le système doit faire la différence entre les actions qui correspondent à des commandes et celles qui correspondent à des annotations. Il doit donc établir un lien entre les actions syntaxiques (interactions basiques entre un ou plusieurs de ses éléments) et les actions sémantiques (activités conceptuelles). L’interprétation des commandes peut aussi donner la possibilité à l’utilisateur de créer dynamiquement des zones réservées, répondant à des actions qu’il a lui-même défini [38].

FIGURE 16: EXEMPLE DE CRÉATION DE ZONES RÉSERVÉES DANS LE SYSTÈME MÉMENTO

FORMAT DE PAPIER

Il est possible d’enrichir les fonctionnalités des systèmes en exploitant les différents formats que peut avoir le papier:

la superposition des informations sur les supports papiers, soit par la superposition des couches d’encre (numérique ou réelle), soit par la superposition d’autres feuilles de papier (comme le post-it dans PaperCraft [15]),

la taille du papier, qui peut avoir une influence sur son aspect collaboratif ou portable (c’est le cas dans le système GigaPrints [40]),

la transparence. L’effet de transparence du papier a notamment été utilisé dans le système Digisketch [10], dans lequel une trame Anoto imprimée sur une feuille transparente est posée sur un écran afin de créer un écran interactif,

la couleur du papier, qui peut avoir une signification en soi (système Bridging the Gap [5]), l’utilisation du papier en 2D ou en 3D, comme dans PaperSpace [32].

4.2 ETAT DE L’ART TECHNOLOGIQUE

Le rôle du papier est primordial dans de très nombreux domaines. Comme l’ont prouvé les nombreuses études de Wendy Mackay[19],s’affranchir totalement du support papier semble ne pas être une solution optimale aux problèmes et inconvénients qu’il comporte.

Malgré cela, le domaine du contrôle aérien a vu les strips électroniques s’imposer petit-à-petit au détriment des strips « traditionnels » en papier. En effet, la France reste le seul pays européen à ne pas avoir équipé ses contrôleurs de strips électroniques. Les contrôleurs du centre de contrôle aérien de Maastricht disposent par exemple de strips entièrement électroniques et d’un écran radar présentant des informations supplémentaires et complémentaires par rapport aux écrans radar utilisés dans les centres de contrôle français.

Bien qu’équipés de tels strips, il ressort de l’étude ethnographique menée sur place en 1998 par Wendy Mackay [18] que les contrôleurs ne se servaient pas beaucoup de ces strips mais plutôt de



leurs écrans améliorés, quitte à noter des informations sur des feuilles de papier volantes, que ce soit par commodité, habitude, manque de connaissance ou de fonctionnalités du système. Cette observation tend à confirmer l’hypothèse selon laquelle remplacer totalement le support papier par un support électronique n’est pas une solution optimale puisque celui-ci persiste dans les habitudes de travail. En effet, l’utilisation de strips électroniques, bien que ressemblant à leurs équivalents papier, change significativement la méthodologie de travail des contrôleurs aériens et l’affordance conférée par le papier est perdue : leur manipulation physique est changée (rigidité, fragilité, etc.) ainsi que leur tenue (interactions totalement nouvelles, annotations habituelles souvent perdues).

FIGURE 17: MANIPULATION DE STRIPS ÉLECTRONIQUES

De nombreux projets visant à implémenter une interface entièrement numérique et essayant de reproduire l’environnement des contrôleurs aériens le plus fidèlement possible ont été menés.

Ainsi, les projets Digistrip [23] et Virtuosi présentent deux prototypes d’interface utilisateur permettant la manipulation de strips électroniques et insistent sur l’attention particulière à apporter au rendu visuel d’un tel système. Ces deux prototypes, qui se basent sur une étude graphique et interactive, comportent un écran tactile sur lequel seront affichés les différents strips qu’un contrôleur a en charge.


FIGURE 18: STRIP AFFICHÉS DANS LE SYSTÈME VIRTUOSIFIGURE 19: STRIPS AFFICHÉS DANS DIGISTRIP


Les couleurs, les contrastes, la taille, la forme de police, les animations, les rendus de texture etc. peuvent améliorer considérablement la représentation, la manipulation des strips et la compréhension de l’environnement associé et des fonctions proposées. Digistrip[23] utilise par exemple une texture imitant le papier pour l’affichage des strips et une police « notes manuscrites » afin d’améliorer l’ergonomie de l’application en réduisant toujours plus l’écart avec le monde « réel » pour intégrer au mieux le système dans l’environnement de travail du contrôleur.

De plus, une étude approfondie des animations et transitions a été réalisée afin de rendre compte au mieux des interactions que peut réaliser l’utilisateur ou du résultat qu’elles ont engendré. Par exemple, sur l’interface du système Digistrip, un contrôleur peut déplacer, retirer ou décaler un strip électronique. Dans le cas où celui-ci insère ou décale un strip entre deux autres, l’étude a mis en avant l’importance d’une animation progressive permettant une bonne visualisation du décalage des strips déjà présents sur le tableau de strips virtuel et de l’insertion du strip sélectionné.

De même, le choix d’un nouveau niveau de vol est mis en évidence par un menu déroulant au premier plan et un encadré rouge pour le niveau actuel.

L’utilisateur, au moyen de son stylo, fait glisser le menu vers le haut ou vers le bas pour pouvoir sélectionner la nouvelle valeur souhaitée. La valeur choisie et la fermeture du menu sont également mises en évidence. La valeur sélectionnée s’anime par exemple en direction du strip concerné.


FIGURE 20: EXEMPLE D’INSERTION D’UN STRIP DANS DIGISTRIP

FIGURE 21: SÉLECTION D’UN NOUVEAU NIVEAU DE VOL POUR UN STRIP DANS DIGISTRIP


Les animations peuvent également signaler de manière claire et visible la survenue d’un évènement indépendant de l’utilisateur comme l’arrivée d’un nouveau strip sur le tableau virtuel.

Enfin, l’étude insiste sur les avantages d’utiliser un écran tactile dans un système de ce type : celui-ci permet une plus grande liberté de mouvements, d’interactions avec l’utilisateur et un aspect collaboratif accru vis-à-vis des écrans classiques.

Le projet Caméléon [21], mené par Wendy Mackay en 1998, visait à augmenter les strips des contrôleurs aériens ainsi que leur environnement de travail au lieu de les remplacer par un système entièrement numérique. Depuis ce projet, précurseur quant à l’utilisation du papier augmenté dans le contrôle aérien, de nombreuses études de systèmes alternatifs (numériques ou « augmentés ») ont été réalisées sans toutefois déboucher sur une implémentation réellement fonctionnelle.

En ce sens, notre étude visant à augmenter les strips à l’aide de trames et d’un stylo Anoto s’inscrit dans une certaine continuité tout en ayant un côté novateur en termes de technologie utilisée et d’interactions envisageables grâce à celle-ci.

4.3 BILAN DE L’ÉTAT DE L’ART

Au cours de l’élaboration de l’état de l’art, nous nous sommes rendu compte que l’emploi de la technologie Anoto s’adaptait bien au contrôle aérien grâce aux nombreux avantages que cette technologie apporte et qui ont été détaillés précédemment : la conservation du support papier, des techniques et méthodologies de travail des contrôleurs (ce qui répond à la demande R1), l’ajout de nombreuses interactions avec les strips visant à améliorer le travail du contrôleur (R2), renseignement du système en temps réel (R3), etc..

Malgré ces prérogatives, l’emploi d’une technologie supplémentaire comme input ou même comme output reste envisageable. Il est possible d’imaginer la combinaison de différentes technologies pour réaliser notre système. Ainsi, certaines technologies semblent d’ailleurs intéressantes dans le cadre du contrôle aérien:

L’utilisation d’une caméra détectant et identifiant les strips présents sur l’espace de travail, leurs mouvements et ceux des utilisateurs afin de renseigner le système notamment sur l’organisation et l’évolution des strips les uns par rapport aux autres. Ce système pourrait de plus être couplé à un vidéoprojecteur, qui permettrait au contrôleur d’avoir des retours du système directement sur le strip et de faciliter son passage de la vue radar au tableau de strips (R5).

L’utilisation d’une feuille transparente sur les écrans de visu radar. Ce dispositif permettrait en effet au contrôleur d’avoir la possibilité d’agir sur le système à la fois via les strips papier et la visualisation ; ces fonctionnalités tendraient à améliorer l’efficacité du contrôleur (R2).


FIGURE 22: ARRIVÉE D’UN STRIP SUR LE TABLEAU DE STRIPS VIRTUEL DIGISTRIP


Néanmoins, les études réalisées dans le projet Digisktech [10] montrent que les performances de ce système ne sont pas très bonnes avec la technologie actuelle : les ondes infra-rouge ne sont soit pas assez réfléchies car absorbées par l’écran ou celui-ci est assombri par l’ajout de films plastiques visant à corriger cette réflexion.

Enfin, nous pourrions envisager l’utilisation d’un stylo Anoto disposant de différents systèmes d’input et/ou d’output intégrés (écran intégré au stylo, boutons, vibreur, etc.).

Les possibilités sont donc très nombreuses et le choix d’une ou de plusieurs technologies supplémentaires a été dicté par les idées générées lors de la conception participative par les contrôleurs.



5. SYSTÈME RÉALISÉ

Suite à la démarche de conception, de nombreuses fonctionnalités ont été conçues, prototypées et testées par des contrôleurs aériens. Un prototype haute-fidélité a été réalisé afin de présenter les interactions et les fonctions mises dans ce système.

Ce prototype est composé de quatre briques logicielles :

Le module « Anoto », chargé de la connexion et de la gestion des stylos Anoto et de leurs évènements ;

Le module « AnotoGestion », chargé de l’analyse et de l’interprétation des actions de l’utilisateur avec le stylo Anoto. Cette brique logiciel communique avec l’image radar afin de la renseigner des actions de l’utilisateur ;

Le module de reconnaissance d’écriture « RecoEcriture », qui analyse les points que lui envoie AnotoGestion et entame un processus de reconnaissance d’écriture (afin de reconnaitre des niveaux, des lettres, des mots, etc…).

L’image radar (appelée « SimpleRadar »), qui affiche les données concernant les avions et leurs états.

Une description technique du logicielle est disponible en Annexe L.

La liste des fonctions implémentée par le système est présentée ci-dessous. Cette partie présente le fonctionnement et l’intérêt de chaque fonction du système, ainsi que l’évolution des idées au cours des différentes itérations de la phase de conception.



SÉLECTION D’UN AVION

La sélection d’un avion permet au contrôleur de repérer un avion sur son image radar à partir de son strip.

FONCTIONNEMENT

Le contrôleur dispose du strip d’un avion dont il souhaite connaître la position sur son image radar. Il prend alors son stylo, et le pose sur la case d’information du strip : cette fonction fait apparaître un grand cercle sur l’écran de l’utilisateur.

FIGURE 23: LE CONTRÔLEUR POSE SON STYLO SUR LA CASE INFORMATION. UN CERCLE SE FORME SUR L’ÉCRAN

Le cercle se rétrécit ensuite jusqu’à se recentrer sur l’avion désigné par le contrôleur.

FIGURE 24: LE CERCLE SE RESSERRE SUR LA PISTE RADAR DE L’AVION

Dans le cas où l’avion se trouve hors de l’écran du contrôleur aérien, la technique de visualisation Halo[3] est utilisée afin de permettre au contrôleur de repérer la position de l’avion sans l’avoir dans son champ de vision.

FIGURE 25: TECHNIQUE DE HALO POUR UN AVION QUI SE TROUVE HORS DU CHAMP DE VISION



Le fait de relever le stylo du strip stoppe cette fonction.

INTÉRET

Cette fonction permet au contrôleur de retrouver des informations présentes sur son image radar à partir de son tableau de strip, et ainsi de réaliser une correspondance entre ses deux représentations de l’espace aérien (R5 : représentation par les strips et par l’image radar).

Afin de trouver un avion sur son écran radar à partir de son strip, le contrôleur aérien doit actuellement connaître la route de l’avion pour évaluer mentalement sa position en fonction de l’heure. Cette procédure demande un lourd effort cognitif car elle impose au contrôleur de mémoriser beaucoup d’informations. Cette nouvelle fonction permettrait d’alléger cette procédure ainsi que le temps de recherche d’avions sur l’image radar (R2).

Lors des tests de cette fonction, des contrôleurs aériens ont proposés d’autres utilisations potentielles de cet outil (désignation d’un avion à un autre contrôleur, aide pour les contrôleurs en formation sur un nouveau secteur, etc…).

Le rendu visuel de cette fonction consistait au départ à mette en valeur l’identifiant de l’avion désigné par un fond bleu. Lors des tests, nous avons constaté que les contrôleurs n’aperçoivent pas le feedback quand l’avion est hors de la zone représentée par l’image radar. Nous avons modifié le feedback afin de créer un cercle bleu qui se rétrécit petit à petit sur l’avion concerné.

FIGURE 26: DISQUE BLEU CENTRÉ SUR L’AVION À REPÉRER

Suite à de nouveaux tests, le cercle a été allégé (afin de moins obstruer la vue), et la technique de Halo a été mise en place suite au fait que les contrôleurs n’arrivaient toujours pas à repérer un avion situé hors champ sans cette technique.



LANCEMENT DE FONCTIONS PAR LE STRIP

L’objectif de pouvoir lancer des fonctions à partir du strip consiste à éliminer le temps de « homing », c’est-à-dire le temps que le contrôleur met pour passer du stylo et de son tableau de strip à sa souris et son image radar pour effectuer une action.

FONCTIONNEMENT

Le contrôleur peut particulariser un avion en écrivant un « P » dans la case d’informations.

FIGURE 27: LE CONTRÔLEUR ÉCRIT UN « P » SUR LE STRIP

Le fait de barrer ce « P » annule l’action et départicularise l’avion.

FIGURE 28: LE CONTRÔLEUR BARRE LE « P » SUR LE STRIP

Le principe de fonctionnement est le même si l’on écrit un « W » sur les cases de route.

FIGURE 29: LE CONTRÔLEUR ÉCRIT UN « W » SUR LE STRIP



INTÉRET

Ces fonctions permettent d’améliorer l’efficacité de l’application par rapport à l’ancien système. En effet, elles permettent au contrôleur de ne pas avoir à changer d’outil de travail (R2 : il n’y a donc plus de temps de « homing » par le passage du stylo à la souris). De plus, certaines de ces actions (comme l’écriture du « W » sur le strip) sont déjà des actions intégrées dans les procédures de contrôle et ne nécessitent aucun apprentissage de la part de l’utilisateur (R1).

La mise en place de ces fonctions permet aussi d’assurer une cohérence entre la tenue du strip et l’image radar (R3 : l’écriture d’un warning sur le strip met l’avion en warning sur l’image radar), ce qui permet d’éviter les erreurs et les incohérences entre les informations présentes sur le tableau de strip et sur l’image radar.

Pour ne pas dérouter les contrôleurs, nous avons repris les feedbacks visuels existants.

Lors du design Walktrough, trois modes d’interaction différents avaient été proposés pour cette fonction : l’écriture d’un symbole directement sur le strip, l’impression de zones associées à une fonction (équivalent à des « boutons ») directement sur le strip, et la création d’une feuille annexe servant de barre de commande.

FIGURE 30: PROTOTYPE DES TROIS PROPOSITIONS FAITES AUX CONTRÔLEURS

En haut, l’utilisation de « symboles »Au centre, les strips augmentés de boutons

En bas, la barre de commandes


Ecriture de symboles

Boutons imprimés sur le strip

Quelle option à utiliser ?

Feuille de commandes

Question

2.7

4.3

3.2

Scénarios

Particulariser un avion


Bien que l’alternative conservée ne soit pas la meilleure proposée en terme d’efficacité selon le modèle de Keystroke, il s’agissait de la solution préférée par les utilisateurs car c’est celle qui impacte le moins sur leurs techniques et leurs outils de travail (R1).


FIGURE 31: EVALUATION DES TROIS PROPOSITIONS D’INTERACTIONS SELON LE MODÈLE KEYSTROKE


AUTOMATISATION DE LA MODS

La ModS (procédure consistant au changement du niveau d’un avion qui doit être répercuté sur toute la durée du vol, c’est-à-dire sur tous les secteurs qu’il va traverser) nécessite à la fois une mise à jour de l’information sur l’image radar et sur le strip. Cette fonction permet de faire une correspondance entre les deux informations automatiquement.

FONCTIONNEMENT

Le contrôleur souhaite faire une ModS sur un avion particulier, et note le niveau de coordination dans la case PFL.

FIGURE 32: LE CONTRÔLEUR ÉCRIT LE NIVEAU DE COORDINATION

Le contrôleur note un « M » à la suite du niveau, qui indique qu’il effectue la coordination avec le secteur suivant. A ce moment, la ModS est effectuée directement, et le niveau de coordination est indiqué sur l’image radar afin d’informer le contrôleur de la réalisation de la ModS.

FIGURE 33: LA COORDINATION A ÉTÉ EFFECTUÉE ; ELLE EST AFFICHÉE SOUS L’ÉTIQUETTE

La ModS suit le même code couleur que l’image radar actuelle : le niveau devient noir si la coordination a bien été effectuée, et bleu si il y a eu un problème lors de l’envoi.



FIGURE 34: LA MODS A ÉTÉ ENVOYÉE AU SECTEUR SUIVANT

INTÉRET

La ModS automatique (R1 : la manière de la renseigner sur le strip est la même dans le système actuel) permet un gain de temps : il n’est en effet plus nécessaire de remplir à la fois les informations sur le strip et sur l’image radar (R2). Cette technique permet aussi d’éviter les incohérences entre les informations apportées sur l’image radar et sur le strip.

Enfin, un feedback visuel (qui n’existait pas sur l’ancienne image radar) a été associé à cette interaction et permet au contrôleur de vérifier qu’elle a été effectuée correctement (R3). Ce feedback consiste en un simple affichage supplémentaire sur l’étiquette de l’avion. Le feedback élaboré en début de conception, plus visible, a été jugé inutile par les utilisateurs lors de la phase de tests.

Le rendu visuel élaboré au début de la conception était matérialisé par l’affichage d’un cercle blanc transparent (relativement grand) qui restait affiché le temps que la ModS soit acquittée et par l’affichage du niveau de sortie demandé, affiché en blanc, puis en noir un moment quand la ModS est acceptée.

FIGURE 35: DISQUE BLANC TRANSPARENT EXISTANT DANS LES PRÉCÉDENTS PROTOTYPES LORS DE LA MODS



FILTRAGE PAR NIVEAUX

Actuellement, il n’existe aucune fonction permettant de filtrer les avions par niveaux. Cette fonction ne peut se faire que mentalement, par la connaissance des avions qui se trouvent dans le secteur et de leur plan de vol.

FONCTIONNEMENT

Pour réaliser un filtre des avions sur un niveau particulier, le contrôleur doit poser son stylo sur la case CFL d’un avion situé à ce niveau.

FIGURE 36: LE CONTRÔLEUR APPUIE SUR LA CASE CFL. LE FILTRE EST ACTIVÉ AU NIVEAU 370

En déplaçant le stylo de haut en bas, le contrôleur peut définir une plage de niveaux sur laquelle est appliqué ce filtre.

FIGURE 37: EN « SLIDANT », LE CONTRÔLEUR A DÉFINI UNE PLAGE DE FILTRE ENTRE LE 370 ET LE 420

Lorsqu’un filtre est défini, le filtre affiche les avions qui sont stables, en montée ou en descente dans la plage de niveaux définie. Le filtre indique aussi au contrôleur les avions situés hors du champ de l’image radar.

FIGURE 38: LE SYSTÈME INDIQUE UN AVION SUR LA GAUCHE DE L’IMAGE RADAR, QUI N’EST PAS VISIBLE PAR LE CONTRÔLEUR



Relever le stylo du strip stoppe le filtre, et revient à l’image radar classique.

INTÉRET

Cette fonction n’a pas d’équivalent dans le système actuel : elle a été pensée lors du premier brainstorming pour assurer la demande d’un changement de niveau. Elle permet de gagner du temps sur l’analyse actuelle des strips et de l’image radar (R2).

Scénario: Sur le tableau de strips, il y 5 strips (deux avions stables au même niveau, un stable à un niveau inferieur, et deux évolutifs). Un avion demande à changer de niveau vers un niveau supérieur.

o Sans stylo Anoto: pour répondre à la requête, le contrôleur analyse les 5 strips, et les

compare pour déduire la réponse à donner au pilote.

o Avec stylo Anoto : Le contrôleur pointe la case CFL du strip puis il « scrolle » dans le sens du niveau demandé. En intégrant les résultats affichés du filtre, il décide de la réponse à apporter à la requête.

Le filtrage élaboré consistait à l’origine à filtrer les avions sur un niveau fixe (niveau CFL). Lors du premier design walkthrough, les contrôleurs ont souligné la nécessité d’avoir des avions filtré sur une plage de niveaux.

Au deuxième design walkthrough, le contrôleur a signalé que notre filtrage ne prenait pas en considération les avions les avions évolutifs (en descente ou en montée) pourtant nécessaires dans la procédure de changement de niveau.

Enfin, nous avons constaté que les utilisateurs n’aperçoivent pas immédiatement les valeurs de filtre affichées en haut à gauche de l’écran. Afin de pallier ce problème, il nous a été conseillé d’utiliser la technique de Wheelie [35].


FIGURE 39: COMPARAISON D’INTERACTIONS SELON LE MODÈLE KEYSTROKE


FIGURE 40: FILTRE, BORNES AFFICHÉES EN HAUT À GAUCHE, LES AVIONS EN DEHORS DU FILTRE SONT MOINS VISIBLE



CALCUL DE DISTANCES PAR LE STRIP

Le calcul de distances entre deux avions a été facilité par l’utilisation du strip Anoto, en automatisant certaines tâches.

FONCTIONNEMENT

Le contrôleur souhaite connaître la distance entre deux avions à un point de croisement.

Pour cela, il clique sur la balise du premier strip, puis sur celle du second strip. Les routes des deux avions, ainsi que la distance de chaque avion à la balise, et la distance minimum des avions autour de la balise s’affichent à l’écran.

FIGURE 42: ACTIVATION DE LA FONCTION D’AFFICHAGE DES ROUTES ENTRE LES DEUX AVIONS. LA DISTANCE ENTRE LES AVIONS, INFÉRIEURE À 5NM, S’AFFICHE EN ROUGE


FIGURE 41: LE CONTRÔLEUR REMARQUE DEUX AVIONS QUI SEMBLENT ÊTRE EN CONFLIT


L’affichage de « disques » sur la route des avions représente les positions de l’avion toutes les 2 minutes. Ces ronds sont reliés par des traits en pointillés représentant la distance entre les avions en un moment donné qui permettent d’observer le rapprochement ou la séparation imminente.

FIGURE 43: LES TRAITS EN POINTILLÉS PERMETTENT D’APPRÉCIER LE RAPPROCHEMENT DES AVIONS SUR LA BALISE

L’affichage de ces routes stoppe dès que le contrôleur lève le stylo des strips.

INTÉRET

Le principe de cette fonctionnalité repose sur la méthodologie actuelle de détection des conflits des contrôleurs. Elle ne modifie donc pas la procédure qu’ils ont l’habitude de suivre. De plus, cette fonction est « non intrusive », ce qui signifie qu’elle ne fait que présenter des informations au contrôleur et le laisse juge de la détection des conflits potentiels (R1).Elle permet aussi un gain temps (R2) dans l’évaluation des conflits, en fournissant les différentes informations au contrôleur sans avoir besoin de changer d’outil (prendre la souris pour utiliser l’alidade) ni faire de calculs mentaux (calcul de distance de séparation).

Les informations affichées par cette fonction correspondent aux informations dont un contrôleur a besoin dans l’évaluation d’un conflit qui ont été relevées lors des différentes observations. L’affichage des routes permet au contrôleur de connaître les informations à partir desquelles le système a réalisé le calcul.



o Sans Stylo AnotoCette analyse se base sur la méthode actuelle utilisée par les contrôleurs. Généralement, ces derniers prennent des mesures avec l’alidade (mesures de route de chaque avion à la balise), puis évaluent les distances en fonction de ces mesures et en fonction des vitesses avions. Enfin ils calculent mentalement la distance de séparation (la différence des précédentes).

o Avec Stylo AnotoLe contrôleur rapatrie les deux strips, puis pointe la balise sur un strip puis sur l’autre successivement. Les routes sont dès lors affichées avec les différentes distances.


FIGURE 44: COMPARAISON D’INTERACTIONS SELON LE MODÈLE KEYSTROKE


ALARMES DIFFÉRÉES

Les alarmes différées n’existent pas dans le système actuel. Ce concept permet aux contrôleurs de déléguer la mémorisation de certains évènements.

FONCTIONNEMENT

Le contrôleur souhaite qu’une alarme s’enclenche dès qu’un avion particulier passera une balise. Pour cela, il écrit un « T » sur la balise en question. Un affichage sur l’image radar indique à l’utilisateur qu’une alarme a bien été définie.

FIGURE 45: A 7H15, LE CONTRÔLEUR ACTIVE UNE ALARME QUI DOIT SE DÉCLENCHER LORS DU PASSAGE SUR LA BALISE LERGA, À 7H19

Un symbole attaché à l’étiquette de l’avion indique au contrôleur qu’une alarme a été définie sur l’avion.

Dès le passage de l’avion sur la balise, une alarme s’affiche sur l’écran.

FIGURE 47: A 7H19, L’ALARME S’ENCLENCHE AU PASSAGE DE LA BALISE LERGA

L’alarme s’arrête au bout de 10 secondes, ou si le contrôleur barre l’alarme sur le strip.


FIGURE 46: A 7H17, LE SYMBOLE SITUÉ AU-DESSUS DE L’ÉTIQUETTE RADAR INDIQUE AU CONTRÔLEUR QUE L’ALARME RESTE ACTIVÉE


INTÉRET

Cette fonction a pour but d’aider le contrôleur à planifier les tâches à venir. En déléguant la planification de ces tâches au système, il peut diminuer sa charge cognitive(R2).

Les alarmes temporelles sont basées sur les estimées de passages aux balises. Bien que ce système ne soit pas très précis, il a été jugé suffisant par les contrôleurs, car il n’est destiné à une activité critique.



ECRITURE D’UN MESSAGE SUR LE STRIP

L’échange d’informations entre contrôleurs de secteurs différents se fait aujourd’hui par l’intermédiaire du téléphone ou oralement (lorsque les contrôleurs se trouvent dans le même centre de contrôle). Cette fonction a pour but de faciliter ces échanges entre contrôleurs.

FONCTIONNEMENT

Le contrôleur détient une information sur un avion, et souhaite la partager avec d’autres contrôleurs. Pour cela, il note un message sur son strip, dans la case route. Une information est alors associée à l’image radar ; cette information est présentée sous la forme d’une icône « i ».

FIGURE 48: LE CONTRÔLEUR ASSOCIE UN MESSAGE AU VOL AFR5891. UNE ICÔNE INDIQUE QU’UN MESSAGE EST ASSOCIÉ À L’AVION

La sélection de l’avion (par un clic stylo sur la case d’information) affiche le message sur la carte radar.

FIGURE 49: ON PEUT VOIR LE MESSAGE ASSOCIÉ AU VOL AIR FRANCE

Barrer le message sur le strip permet de supprimer le message associé à l’avion.



INTÉRET

Dans le système actuel, les contrôleurs ont pour habitude de noter ce message sur le strip afin de s’en rappeler à titre personnel. Cette fonction ne modifie donc pas leurs méthodes de travail (R1).

L’écriture manuscrite du message directement sur le strip, ainsi que sa restitution exacte sur l’écran radar assurent un report exact du message écrit sur le strip (R4).

Intégrer sur le vif et rapidement le message est possible grâce à l’écriture sur le strip papier ( R4) et reprendre au niveau de l’image radar une écriture « brute et manuscrite » de l’information assure un report plus exact du message inscrit sur le strip.

Enfin, cette fonction permet une communication facilitée entre les centres de contrôle(R6) : le message écrit reste attaché à l’avion durant toute la durée du vol, et est consultable par tous les contrôleurs qui en possèdent le strip.



CORRELATION D’UN AVION À UN STRIP VIERGE

Dans le cas où il n’y a pas de corrélation entre un avion et le système, le contrôleur ne voit que le code transpondeur associé à l’avion, et n’a pas accès à l’identifiant, à la route, etc… par l’intermédiaire de l’image radar. Cette fonction apporte une solution à ce problème.

FONCTIONNEMENT

Le contrôleur voit un avion non corrélé. Il souhaite apporter de nouvelles informations à ce vol.

FIGURE 50: LE CONTRÔLEUR REPÈRE UN AVION NON COORDONNÉ DANS SON SECTEUR

Pour cela, il prend un strip vierge, et écrit le code transpondeur de l’avion sur ce strip. Le strip est alors associé à l’avion, ce qui se traduit par un feedback sous la piste radar.

FIGURE 51: LE CONTRÔLEUR ASSOCIE UN STRIP VIERGE AU VOL

Le contrôleur peut alors écrire le message qu’il souhaite sur le strip; ce message sera associé à la piste radar.



FIGURE 52: LE TEXTE ÉCRIT PAR LE CONTRÔLEUR SUR LE STRIP EST ASSOCIÉ À LA PISTE RADAR

INTÉRET

L’utilisation de cette fonction permet au contrôleur une personnalisation rapide d’une étiquette radar non corrélée, et d’enregistrer des informations relatives à cet avion. De même que pour la fonction de messages d’information, l’étiquette radar restitue la correspondance exacte avec ce que l’utilisateur a écrit sur le strip (R4).

De plus, cette fonction permet de faire correspondre une étiquette radar non corrélée sur l’image radar à un nouveau strip sur son tableau de strips, et ainsi garder une représentation fidèle du trafic dans le secteur (R5).



BARRE DE FONCTIONS

Les différentes fonctions implémentées avec le stylo ont tendance à surcharger le strip ; c’est pourquoi une barre de tâche a été réalisée afin d’éviter la surcharge d’informations sur le strip.

FONCTIONNEMENT

Le contrôleur souhaite effectuer une action sur le strip. Pour cela, il le sélectionne (en cliquant sur la case information du strip).

Une fois le strip sélectionné, il a la possibilité d’effectuer certaines actions par l’intermédiaire d’une barre de tâches.

FIGURE 53: PROTOTYPE DE LA BARRE DE FONCTIONS

INTÉRET

Le but est de mettre à disposition des contrôleurs une feuille sur laquelle sont pré-imprimées des commandes.

Bien que les contrôleurs ne fussent pas favorables à l’idée d’utiliser une barre de fonctions, cette dernière est une solution à la surcharge des strips lors du lancement de certaines fonctions avec le stylo (par exemple lors de l’utilisation du filtre). De plus, cette barre de commandes n’a pas posé de problèmes aux contrôleurs lors des tests.

De plus, l’utilisation d’une barre de commandes offre la perspective d’une personnalisation des commandes qui y sont rattachées (par le choix d’accéder aux commandes préférées de l’utilisateur R2) ou de leur aspect. Enfin, le support papier de cette barre de commandes lui affère tous les avantages relatifs au papier (elle peut être jetée, déplacée, pliée, etc. R4).



RETOURS VOCAUX DU SYSTÈME

Afin de pallier aux limites techniques du système (informations du stylo parfois non récupérées, reconnaissance d’écriture peu fiable, etc…), il a été nécessaire d’instaurer un système de retours vocaux qui indique à l’utilisateur quelles informations a compris le système.

FONCTIONNEMENT

Le système émet un son lorsque l’utilisateur pose son stylo sur le strip et que cet évènement est détecté.

Lorsque la reconnaissance d’écriture est activée, le système prévient l’utilisateur de ce qu’il a reconnu (reconnaissance d’un niveau, d’une lettre, pas de reconnaissance du tout, etc.).

INTÉRET

L’instauration des feedbacks vocaux permet d’améliorer la connaissance de l'état actuel du système. Cette interaction s’est avérée nécessaire durant les tests utilisateurs, afin que l’utilisateur soit informé de la prise en compte ou non de son interaction par le système, ou afin de savoir si le système a bien reconnu le message qu’il a écrit.Ce feedback permet de pallier au problème de feedback intrinsèque au papier : les tests réalisés ont mis en évidence une meilleure compréhension du système par les utilisateurs si ces feedbacks sont mis en place.



BILAN ET PERSPECTIVES

TRAVAIL ACCOMPLI

L’activité du contrôleur aérien est une activité difficile et critique, c’est pourquoi les propositions de changement dans son environnement de travail ne peuvent se faire sans leur participation ni sans prendre en compte leurs avis et leurs remarques. La démarche réalisée dans ce chef d’œuvre, composée d’une première phase d’analyse de l’activité suivi de plusieurs brainstorming et séances de design Walktrough nous ont permis de prendre en compte ces remarques et de réaliser les corrections nécessaires à l’acceptation de ce nouveau système.

Suite à trois itérations dans la démarche de conception, nous avons réalisé un prototype permettant d’illustrer les fonctions qu’il nous a été possible de réaliser. Certaines de ces fonctions doivent encore être modifiées afin de répondre aux exigences des utilisateurs. D’autres fonctions ont été abandonnées au cours de la démarche de conception, soit parce qu’elles ne répondaient pas à un besoin, soit parce qu’elles modifiaient trop la démarche de travail du contrôleur, soit pour des raisons technologiques.

Les tests réalisés par les utilisateurs sur le système (en fin de projet) nous ont permis d’apprécier son acceptabilité par les contrôleurs aériens.

Les résultats des questionnaires post-test sont encourageants dans le projet, puisqu’ils indiquent que le système intéresse les contrôleurs aériens, malgré les quelques problèmes persistants après la démarche de conception et qu’il faut encore corriger.



Fonction Classement Degré de satisfaction

Quelques remarques

F1 : repérage avion 1 1 ++ + L’animation du feedback doit être plus rapide

F2 : filtrage par niveaux 7 3 - + Texte de niveaux trop présents sur l’image radar

F3 : ModS 3 4 + + Réduire le feedback et se contenter de le mettre autour de l’avion /balise seulement

F4 : saisie d’une information 5 5 - + Information trop présente et cache une partie de l’image radar

F5 : warning 4 9 + - Problème de reconnaissance du caractère « W »

F6 : calcul de distance 9 2 -- ++ La distance minimale de séparation n’est pas une simple différence de distancesLes couleurs utilisées pour l’affichage des routes sont inappropriées

F7 : particulariser 2 8 ++ ++F8 : alarmes différées 8 6 - + Feedback jugée exagéré par

rapport à l’intérêt qu’il présenteF9 : changement d’étiquette 6 7 - + Ne ressemble pas à une

étiquette « normale »NB : dans le classement, le « 1 » représente la fonction la plus utile, le « 9 » représente la moins utileAméliorations suggérées :

o L’ajout de la fonction des interpolations vecteurs vitesses (en utilisant le symbole V comme la fonction warning ou part)

o Réserver le rouge aux dangers importantso Utiliser plus la transparence

Incohérences soulignées :o Pour la fonction F4, le fait de pointer en case « information » pour afficher le texte à côté

de l’étiquette

Résumé des questionnaires de satisfaction



POINTS POSITIFS

Les fonctions les plus appréciées des contrôleurs sont les fonctions ne modifiant pas (ou peu) leurs méthodes de travail et améliorant leurs performances (fonctions accessibles depuis le strip, ModS, etc.). Ces fonctions ont connu un réel succès auprès des contrôleurs, qui les jugent unanimement comme les fonctions les plus intéressantes du système.

Les alarmes différées, la sélection d’avions, le calcul de distances, l’écriture de messages sur les strips et la corrélation d’avions à l’aide de strips vierges sont des fonctions répondant à un besoin réel des contrôleurs et ont aussi connu des critiques positives. Bien que certaines fonctions nécessitent encore quelques modifications (sur le design, les informations présentées, etc.) avant d’être acceptées par les contrôleurs, ces fonctions ont le potentiel d’être très appréciées si les contrôleurs reçoivent une formation à ce sujet.

POINTS MITIGÉS

La fonction de filtrage par niveaux est nouvelle et modifie la procédure de changement de niveau d’un avion (actuellement réalisé par l’analyse des strips). Les avis sur cette fonction sont donc plus mitigés. L’acceptabilité de cette fonction ne peut être évaluée que grâce à des tests plus approfondis (période d’apprentissage avant le test, tests sur l’efficacité du contrôleur, etc).

Bien qu’elle ait été rejetée dans un premier temps, la barre de fonctions papier n’a pas posée de problèmes d’utilisation lors des tests et pourrait ouvrir la possibilité au contrôleur de personnaliser la liste des fonctions accessibles depuis cette barre (ce qui est pratique lorsque l’on sait que la liste des fonctions les plus utilisées sur l’image radar peut varier d’un contrôleur à un autre). Toutefois, cette barre de fonctions n’a pas été testée suffisamment dans ce projet pour évaluer son évolution future.

POINTS NÉGATIFS

Toute proposition de fonctionnalités modifiant l’espace de travail du contrôleur (modification de l’apparence du strip par l’ajout de boutons, ajout d’un écran au poste de travail, etc.) ont systématiquement été rejetées par les utilisateurs. L’ajout de nouvelles fonctions doit donc conserver le cadre de travail actuel du contrôleur.

Les propositions d’aide à la décision (présentation des avions qui semblent être en conflit pour un avion, etc.) ont aussi été rejetées. Les fonctionnalités implémentées ne doivent pas être trop « intrusives » dans le raisonnement du contrôleur, et doivent se contenter de lui présenter des informations tout en le laissant juge des décisions à prendre.

Les limitations techniques du système (liés au stylo, au module de reconnaissance d’écriture, etc.) ont pu être compensées par l’ajout d’un feedback vocal. Néanmoins ce feedback est amené à disparaître dans l’avenir, et le choix devra se faire d’améliorer ces technologies afin de les rendre plus fiables ou de les modifier par de nouvelles technologies.



AXES D’ÉVOLUTION

Les résultats de la conception nous permettent aussi de proposer des axes de travail futur sur ce projet :

GESTION DE L’ASPECT COLLECTICIEL

Bien que les stylos Anoto disposent d’un identifiant qui permette de différencier les évènements envoyés par un stylo ou un autre, cette fonctionnalités offerte par Anoto n’a pas été exploitée dans le chef d’œuvre. Une amélioration possible du projet serait de définir un identifiant correspondant au stylo du contrôleur organique, et un identifiant correspondant au stylo du contrôleur radariste. La distinction réalisée au niveau des deux contrôleurs permettrait alors de gérer l’aspect collecticiel lié au travail du contrôle aérien et de renseigner le système sur l’identité des participants réalisant les actions.

La frontière entre le travail du contrôleur organique et du contrôleur radariste n’est pas bien définie : en effet, en cas de forte charge de trafic, les tâches de l’un pourront être réalisées par l’autre, et inversement. C’est pourquoi le stylo des deux contrôleurs doit avoir exactement le même comportement sur les strips.

De plus, bien que les contrôleurs travaillent ensemble sur leur position de travail, ces derniers ne travailleront jamais en même temps sur un même strip. La gestion des conflits est donc implicite dans ce cas.

Enfin, cet aspect collecticiel doit permettre d’associer une image radar à chacun des stylos. Certaines fonctions (calcul des distances, filtres, etc.) ne doivent afficher des informations que sur la vue radar associée au stylo ; d’autres fonctions (part, warning, etc.) doivent mettre à jour l’ensemble des images radar. Les dernières (sélection d’un avion, etc.) sont à discuter avec les utilisateurs.

ENREGISTREMENT DES INFORMATIONS

Pour le moment, il n’existe pas de structure de données qui enregistre les informations concernant l’état de l’avion (vitesse, position, cap, etc.), son état dans l’image radar (Warning, part, etc.), ou encore les informations de son plan de vol ou les modifications réalisées sur ce dernier par le contrôleur (CFL, PFL, Route, etc.).

La non existence de ces données est problématique, car certaines données sont nécessaires pour la réalisation des fonctions du strip (par exemple la connaissance de la position et de la vitesse de l’avion pour le calcul des distances, la connaissance du CFL pour le filtre, etc.). L’existence d’une telle structure de données permettrait donc de mettre à jour les informations traitées par ces fonctions.

Néanmoins, la mise à jour de cette structure nécessite la récupération et l’interprétation des informations inscrites par le contrôleur sur le strip. Cela pose donc le problème de la différence qui existe entre les techniques de renseignement du strip soulevées par W. Mackay[20].



FIGURE 54: EXEMPLE DE STRIPS TENUES DIFFÉREMMENT EN FONCTION DU CONTRÔLEUR

En haut, la route directe est identifiée par un VAu centre, il s’agit d’un trait suivi d’un cercle

En bas, il s’agit d’un cercle simple

La mise en place d’une telle base de renseignements devra donc se baser sur la globalité des méthodes utilisées pour renseigner le strip, ce qui entraine probablement une nouvelle phase d’analyse de l’activité afin de les lister.

EXTENSION DU RACCOURCI À DE NOUVELLES FONCTIONS

La possibilité d’activer des fonctions depuis le strip a été très appréciée par les contrôleurs aériens lors des design walkthrough ou des séances de test. Par ailleurs, de nombreuses fonctions auxquelles nous avions pensé ou prototypées correspondaient à des fonctions déjà existantes (ou ressemblantes) dans ODS, mais qui nous avaient échappées durant la phase d’analyse de l’activité (soit parce que ces fonctions n’étaient pas connues par les contrôleurs, soit parce qu’elles demandaient une action longue pour être lancées, soit parce que nous avons manqué de chance durant nos observations). Une nouvelle phase d’analyse de l’activité pourrait être intéressante afin de se renseigner sur les fonctions les plus utilisées d’ODS et de donner la possibilité au contrôleur de lancer certaines de ces fonctions via le strip.

CORRESPONDANCE IMAGE RADAR – TABLEAU DE STRIPS

Beaucoup de fonctions du prototype (sélection d’un avion, corrélation manuelle avec un strip vierge, etc.) permettent de faciliter la transition entre la représentation du tableau de strips et de l’image radar. En revanche, aucune fonction ne facilite la transition inverse : cela est principalement dû au manque de feedback lié au papier, qui rend complexe les retours du système directement sur le papier.

Dans l’avenir, il est possible d’imaginer mettre en place des techniques d’output liés au strip (diodes ou écrans lcd attachés au porte-strip, vidéoprojecteurs sur les strips, etc.) ainsi que des fonctions facilitant le passage de la vue radar au tableau de strips.



GLOSSAIRE

Anoto : Société suédoise à l'origine d'un procédé innovant permettant le transfert de textes manuscrits sur papier vers un ordinateur ou un téléphone portable. Ce procédé repose sur l'utilisation couplée d'un papier spécifique sur lequel a été imprimée une trame quasi-invisible et d'un stylo bille muni d'un équipement particulier (caméra, processeur et émetteur).

ATC (Air Traffic Control) : Contrôle du trafic aérien.

ATM (Air Traffic Management) : Système de gestion du trafic aérien qui a pour mission de permettre l'écoulement de ce trafic dans les meilleures conditions de sécurité et de régularité.

Brainstorming : Le brainstorming ou remue-méninges technique de résolution créative de problème sous la direction d'un animateur.

C.AU.T.R.A : Système de Coordination AUtomatique du TRafic Aérien. Un système de contrôle automatisé du trafic aérien a pour but d'aider le contrôleur aérien à remplir sa mission de contrôle. Ce système est composé de plusieurs sous-systèmes électroniques et informatiques interconnectés.

Centre de Contrôle en Route (CCR) : Les centres en route de la navigation aérienne (CRNA) sont, en France, chargés d'assurer les services de la circulation aérienne au bénéfice des aéronefs en croisière (hors proximité d'aérodrome).

Design Walkthrough : Revue de conception - Examen du produit par des pairs en cours de conception

Papier augmenté : Le papier augmenté consiste à utiliser le papier comme moyen de renseigner un système informatique, et non plus à diviser l’information numérique et papier en deux mondes distincts.

Strip électronique : Version informatisée du strip.

Strip papier – Paper Strip : Bande de progression de vol, outil de travail principal du contrôleur aérien.

Stripping : Méthode de contrôle aérien reposant sur l’utilisation de bande de progression de vol ou strips.

Stylo numérique : Stylo bille muni d'un équipement particulier (caméra, processeur et émetteur).

STPV (Service de Traitement des Plans de Vol) : Le service de traitement des plans de vol constitue l'ensemble des mécanismes qui gèrent la vie du plan de vol, ses modifications ainsi que sa distribution aux divers sous-systèmes intéressés, soit sous forme de strips (bandes de papier), soit sur périphérique interactif.

STR (Système de traitement Radar): Système permettant de traiter les informations radar de plusieurs stations et de présenter au contrôleur l'image de situation de trafic en cours.



Trame Anoto : Micro-trame développée par la société Anoto, imprimée sur une feuille de papier et qui permet à un stylo équipé d’une mini caméra infrarouge de déterminer sa position sur la page par détection de sa position par rapport à la trame.

TABLE DES ANNEXES

ANNEXE A : PLAN DE PROJET

ANNEXE B : PLANIFICATION INITIALE

ANNEXE C : ANNEXE D’ERGONOMIE

ANNEXE D : BILAN DE LA PREMIÈRE ITERATION

ANNEXE E : BILAN DE LA SECONDE ITÉRATION

ANNEXE F : BILAN DE LA TROISIÈME ITÉRATION

ANNEXE G : DOSSIER DE PROTOTYPAGE

ANNEXE H : CRITÈRES ERGONOMIQUES D’ÉVALUATION

ANNEXE I : PROTOCOLE DE TESTS

ANNEXE J : ETAT DE L’ART SCIENTIFIQUE

ANNEXE K : RAPPORT D’ACTIVITÉ

ANNEXE L : DESCRIPTION TECHNIQUE DU SYSTÈME



TABLE DES FIGURES

Figure 1: Poste de travail ODS................................................................................................................9Figure 2: Exemple de strip papier.........................................................................................................10Figure 3: Technologie Anoto................................................................................................................10Figure 4: Processus de conception suivi...............................................................................................18Figure 5: Exemple de prototypage papier............................................................................................19Figure 6: Screenshot de l’image radar du deuxième prototype...........................................................19Figure 7: Screenshot de l’image radar du troisième prototype............................................................20Figure 8: Avant l'automatisation des strips..........................................................................................21Figure 9: Historique du CAUTRA...........................................................................................................22Figure 10: Informations contenues dans le strip..................................................................................23Figure 11: Schéma simplifié de l’activité de contrôle en route [7].......................................................24Figure 12: Photos des observations de contrôle..................................................................................27Figure 13: tenue de strip différente de la thoérie................................................................................27Figure 14: Représentation de la technologie de reconnaissance de la trame par infra rouge..............32Figure 15: Exemple d’utilisation de pico-projecteurs dans le système MouseLight.............................33Figure 16: Exemple de création de zones réservées dans le système Mémento..................................34Figure 17: Manipulation de strips électroniques..................................................................................35Figure 18: Strips affichés dans Digistrip................................................................................................35Figure 19: Strip affichés dans le système Virtuosi................................................................................35Figure 20: Exemple d’insertion d’un strip dans Digistrip......................................................................36Figure 21: Sélection d’un nouveau niveau de vol pour un strip dans Digistrip.....................................36Figure 22: Arrivée d’un strip sur le tableau de strips virtuel Digistrip..................................................37Figure 23: Le contrôleur pose son stylo sur la case information. Un cercle se forme sur l’écran.........40Figure 24: Le cercle se resserre sur la piste radar de l’avion................................................................40Figure 25: Technique de Halo pour un avion qui se trouve hors du champ de vision..........................40Figure 26: Disque bleu centré sur l’avion à repérer..............................................................................41Figure 27: Le contrôleur écrit un « P » sur le strip................................................................................42Figure 28: Le contrôleur barre le « P » sur le strip................................................................................42Figure 29: Le contrôleur écrit un « W » sur le strip..............................................................................42Figure 30: Prototype des trois propositions faites aux contrôleurs en haut, l’utilisation de « symboles » au centre, les strips augmentés de boutons en bas, la barre de commandes................43Figure 31: Evaluation des trois propositions d’interactions selon le modèle Keystroke.......................44Figure 32: Le contrôleur écrit le niveau de coordination......................................................................45Figure 33: La coordination a été effectuée ; elle est affichée sous l’étiquette.....................................45Figure 34: La ModS a été envoyée au secteur suivant..........................................................................45Figure 35: Disque blanc transparent existant dans les précédents prototypes lors de la ModS..........46Figure 36: Le contrôleur appuie sur la case CFL. Le filtre est activé au niveau 370..............................47Figure 37: En « slidant », le contrôleur a défini une plage de filtre entre le 370 et le 420...................47Figure 38: Le système indique un avion sur la gauche de l’image radar, qui n’est pas visible par le contrôleur.............................................................................................................................................47Figure 39: Comparaison d’interactions selon le modèle Keystroke......................................................48Figure 40: Filtre, bornes affichées en haut à gauche, les avions en dehors du filtre sont moins visible.............................................................................................................................................................49Figure 42: Activation de la fonction d’affichage des routes entre les deux avions. La distance entre les avions, inférieure à 5NM, s’affiche en rouge........................................................................................50



Figure 41: Le contrôleur remarque deux avions qui semblent être en conflit......................................50Figure 43: Les traits en pointillés permettent d’apprécier le rapprochement des avions sur la balise.51Figure 44: Comparaison d’interactions selon le modèle Keystroke......................................................52Figure 45: A 7h15, le contrôleur active une alarme qui doit se déclencher lors du passage sur la balise LERGA, à 7h19......................................................................................................................................53Figure 47: A 7h19, l’alarme s’enclenche au passage de la balise LERGA..............................................53Figure 46: A 7h17, le symbole situé au-dessus de l’étiquette radar indique au contrôleur que l’alarme reste activée.........................................................................................................................................53Figure 48: Le contrôleur associe un message au vol AFR5891. Une icône indique qu’un message est associé à l’avion....................................................................................................................................55Figure 49: On peut voir le message associé au vol Air France..............................................................55Figure 50: Le contrôleur repère un avion non coordonné dans son secteur........................................57Figure 51: Le contrôleur associe un strip vierge au vol.........................................................................57Figure 52: Le texte écrit par le contrôleur sur le strip est associé à la piste radar................................57Figure 53: Prototype de la barre de fonctions......................................................................................59Figure 54: Exemple de strips tenues différemment en fonction du contrôleur....................................65



BIBLIOGRAPHIE

[1] Alliot J-M., Colin de Verdière D., L’ATM : 20 d’effort et perspectives, Journée d’études : vers l’automatisation du vol et de sa gestion –Toulouse – Onera - CENA – NR03-999, Novembre 2003.

[2] Back M., Cohen J., Gold R., Harrison S., Minneman S., Listen Reader: An Electronically Augmented Paper-Based Book, SIGCHI’01, March 31-April 4, 2001, Seattle, WA, USA.

[3]Baudisch P., Halo: A Virtual Periphery for Small Screens Devices, Visualization and Interaction Research, Microsoft Research.

[4] Bondarenko O., Janssen R., Documents at Hand: Learning from Paper to Improve Digital Technologies, CHI 2005 PAPERS: Document Interaction April 2–7, Portland, Oregon, USA.

[5] Brandl P., Haller M., Oberngruber J., Schafleitner C., Bridging the Gap Between Real Printouts and Digital Whiteboard, AVI '08 Proceedings of the working conference on Advanced visual interfaces

[6] Chen N., Teng D., Lee C., Augmenting Paper-based Reading Activities with Mobile Technology to Enhance Reading Comprehension, The 6th IEEE International Conference on Wireless, Mobile, and Ubiquitous Technologies in Education.

[7] Conversy S., Cours de conception participative, M2IHM, Octobre 2010.

[8] Guimbretière F., Paper Augmented Digital Documents, UIST '03 Proceedings of the 16th annual ACM symposium on User interface software and technology, 2003.

[9] Haller M., Brandl P, Leithinger D., Leitner J., SeifriedT., Billinghurst M., Shared Design Space: Sketching ideas using digital pens and a large augmented tabletop setup, SIGGRAPH '06 ACM SIGGRAPH 2006 Emerging technologies ACM New York, NY, USA, 2006

[10] Hofer R., Kunz A., Digisketch: Taming Anoto Technology on LCDs, EICS’10, June 19–23, 2010, Berlin, Germany.

[11] Holland T., Quigley A., MobARDoc: Mobile Augmented Printed Documents, UbiComp’10, September 26–29, 2010, Copenhagen, Denmark, 2010.

[12]Hull J., Erol B., Antúnez B., HOTPAPER_Multimedia_Interaction_with_Paper usingMobiles Phones, MM '08 Proceeding of the 16th ACM international conference on Multimedia,2008.

[13] Hull J., Erol B., Graham J., Ke Q., Kishi H., Moraleda J., Van Olst D., Paper-Based Augmented Reality, '07 Proceedings of the 17th International Conference on Artificial Reality and Telexistence, IEEE Computer Society Washington, DC, USA, 2007

[14] Koike H., Sato Y., Kobayashi Y., Integrating Paper and Digital Information on EnhancedDesk: A Method for Realtime Finger Tracking on an Augmented Desk System, ACM Transactions on Computer-Human Interaction, Vol. 8, No. 4, December 2001, Pages 307–322.

[15] Liao C., Guimbretière F., Hollan J., PapierCraft: A Gesture-Based Command System for Interactive Paper, ACM Transactions on Computer-Human Interaction, Vol. 14, No. 4, Article 18, Publication date: January 2008.



[16] Liao C., Guimbretière F., Loeckenhoff C., Pen-top Feedback for Paper-based Interfaces, UIST’06, October 15–18, 2006, Montreux, Switzerland.

[17] Liu, X., Doermann, D., Mobile Retriever : Access to Digital Documents from their Physical Source, International Journal on Document Analysis and Recognition, Volume 11, Number 1, 19-27,2008.

[18] Mackay W., Fayard A., Frobert L., Médini L., Reinventing the Familiar: Exploring an Augmented Reality Design Space for Air Traffic Control, Proceedings of CHI'98, Los Angeles, CA:ACM.

[19] Mackay W., Fayard A., Radicalement nouveau et néanmoins familier : les strips papiers revus par la réalité augmentée, Actes des journées IHM, 1997.

[20] Mackay W., Is Paper Safer? The Role of Paper Flight Strips in Air Traffic Control, ACM Transactions on Computer-Human Interaction, Vol. 6, No. 4, December 1999.

[21] Mackay W., The Missing Link: Integrating Paper and Electronic Documents, IHM 2003 Proceedings of the 15th French-speaking conference on human-computer interaction on 15eme Conference Francophone sur l'Interaction Homme-Machine.

[22] Malacria S., Lecolinet E., Espace de caractérisation du stylo numérique, IHM’08, 2-5 Septembre 2008, Metz, France, 2008.

[23] Mertz C., Chatty S., VinotJ.L., Pushing the limits of ATC user interface design beyond S&M interaction: the DigiStrips experience

[24] Mertz C., Chatty S., VinotJ.L., The influence of design techniques on user interfaces: the DigiStrips experiment for air traffic control

[25] Pietrzak T., Malacria S., Tabard A., Lecolinet E., What do U-Note? An Augmented Note Taking System for the Classroom, UbiComp’10, September 26–29, 2010, Copenhagen, Denmark, 2010.

[26] Poirot-Delpech S., Mémoire et histoire de l’automatisation du contrôle aérien : Sociobiographie du CAUTRA, Septembre 2009.

[27] Retali N., Goncalves M-H., Le strip, outil de contrôle d’aujourd’hui, et demain, Mémoire de fin d’études, ICNA 99A, Octobre 2002.

[28] Schilit B. N., Golovchinsky G., Price M. N. Beyond paper: supporting active reading with free form digital ink annotations. In CHI ’98, pages 249–256, 1998.

[29] Sellen A.J., Harper R.H.R. The Myth of the Paperless Office. 1st ed. MIT press, Cambridge, MA. 2001.

[30] Signer B., Norrie M., Interactive Paper: Past, Present and Future, UbiComp ’10, Sep 26-Sep 29, 2010, Copenhagen, Denmark.

[31] Signer B., Norrie M. C., PaperPoint : A Paper-Based Presentation and Interactive Paper Prototyping Tool , TEI '07 Proceedings of the 1st international conference on Tangible and embedded interaction, February 2007.

[32] Smith J., Long J., Lung T., Anwar M., Subramanian S., PaperSpace: A System for Managing Digital and Paper Documents, CHI '06 extended abstracts on Human factors in computing systems, 2006.



[33] Song H., Guimbretiere F., Grossman T., Fitzmaurice G., MouseLight: Bimanual Interactions on Digital Paper Using a Pen and a Spatially-Aware Mobile Projector, CHI 2010.

[34] Song H., Guimbretiere F., Hu, C., LIPSON H. ModelCraft: Capturing freehand annotations and edits on physical 3D models. In Proceedings of UIST’06. ACM, New York, pp. 13–22, 2006.

[35] Sporer S., Kinzner B., Flühr H., Kappertz P., Dilly B., Hering H., WHEELIE – Advanced Display Filtering Technique, EUROCONTROL EXPERIMENTAL CENTRE, 2007

[36] Steimle J., Designing Pen-and-Paper User Interfaces for Interaction with Documents, Proceedings of the Third International Conference on Tangible and Embedded Interaction (TEI'09), Feb 16-18 2009, Cambridge, UK.

[37] Welner P., Interacting with paper on the DigitalDesk, Communications of the ACM - Special issue on computer augmented environments: back to the real world, Volume 36 Issue 7, July 1993.

[38] West D., Quigley A., Kay J., MEMENTO: a digital-physical scrapbook for memory sharing, Personal and Ubiquitous Computing - Memory and Sharing of Experiences, archive Volume 11 Issue 4, April 2007.

[39] Yeh R., Liao C., Klemmer S., Guimbretière F., Lee B., Kakaradov B., Stamberger J., Parpcke A., ButterflyNet: A Mobile Capture and Access System for Field Biology Research CHI 2006, April 22–27, 2006, Montréal, Québec, Canada.

[40] Yeh R. B., Brandt J., Boli J., Klemmer S. R., Interactive Gigapixel Prints: Large, Paper-Based Interfaces for Visual Context and Collaboration, ACM Ubicomp Extended Abstracts 2006.

[41] Anoto Technology, http://www.anoto.com.

[42] DGAC, 60 ans de contrôle aérien « en-route », Aviation Civile, Hors-Série, Mai 2007.

[43] Epos - Advanced Digital Positionning Technology, http://www.epos-ps.com.

[44] Formation pratique au contrôle, Phase ACC2, Livrets 1 à 8 et manuel de tenue de Strips, Mars 2007, ENAC
